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Utilização de Resíduos na Construção Habitacional

Editores

Janaíde Cavalcante Rocha Vanderley M. John

Volume

4

Programa de Tecnologia de Habitação HABITARE


Difundir em diferentes frentes, com diferentes linguagens, para diferentes públicos. Com esse objetivo – e na seqüência de um projeto de divulgação que já conta com o Portal HABITARE (http://habitare.infohab.org.br/, apresentando pesquisadores e projetos ligados à área da habitação em instituições de todo o País) e a Revista HABITARE (com reportagens sobre os principais resultados desses projetos), além da Série Coleção HABITARE (com publicação de CD-ROM e livros na área do ambiente construído) – o Programa de Tecnologia para Habitação lança um novo produto: a Coletânea HABITARE. A meta é a mesma: difundir resultados do programa que desde 1994, com financiamento e coordenação da Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP/MCT), e ainda com recursos da Caixa Econômica Federal e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), vem permitindo o desenvolvimento de estudos e a busca de soluções para o problema habitacional brasileiro. Mais uma vez, assim como na série Coleção HABITARE, a difusão do conhecimento se dá pela palavra do pesquisador, e de seus colaboradores, responsáveis pela produção dos artigos publicados nesta Coletânea. Em quatro volumes são abordados os temas políticas públicas, avaliação da pós-ocupação, inovação/gestão da qualidade e utilização de resíduos na construção. Cada uma das edições temáticas reúne uma série de trabalhos voltados à mesma área, porém desenvolvidos sob diferentes enfoques e estimulados por desafios diversos. O formato de artigo permite a apresentação de forma condensada dos retornos que o investimento na pesquisa, no campo do ambiente construído, vem trazendo – assim como revela dificuldades e desafios. Trata-se de uma síntese que, acreditamos, pode propiciar tanto ao meio acadêmico como ao setor produtivo a atualização de informações, dados e produtos. É mais um esforço de difusão do conhecimento científico e tecnológico gerado no âmbito do Programa de Tecnologia para Habitação – HABITARE. Os editores


Utilização de Resíduos na Construção Habitacional

Coletânea HABITARE Volume

4

Editores Janaíde Cavalcante Rocha Vanderley M. John

2003 Porto Alegre


© 2003, Coleção HABITARE Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído - ANTAC Av. Osvaldo Aranha, 99 - 3° andar - Centro 90035-190 - Porto Alegre - RS Telefone (51) 3316-4084 Fax (51) 3316-4054 http://www.antac.org.br/ Financiadora de Estudos e Projetos - FINEP Presidente: Sergio Machado Rezende Diretores: Antonio Candido Daguer Moreira Michel Chebel Labaki Odilon Antonio Marcuzzo do Canto Área de Serviços Sociais e de Infra-estrutura ASSI / FINEP Superintendente: Renato Silva Dantas Grupo Coordenador Programa HABITARE Financiadora de Estudos e Projetos - FINEP Caixa Econômica Federal - CEF Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Ministério da Ciência e Tecnologia - MCT Ministério das Cidades Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído - ANTAC Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas Empresas - SEBRAE Comitê Brasileiro da Construção Civil/Associação Brasileira de Normas Técnicas - COBRACON/ABNT Câmara Brasileira da Indústria da Construção CBIC Associação Nacional de Pós-Graduação e Pesquisa em Planejamento Urbano e Regional ANPUR

Apoio Financeiro Financiadora de Estudos e Projetos - FINEP Caixa Econômica Federal - CEF Apoio Institucional Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPQ Universidade de São Paulo - USP Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC Editores da Coletânea HABITARE Roberto Lamberts - UFSC Maria Lúcia Horta de Almeida - FINEP Equipe Programa HABITARE Ana Maria Nogueira de Souza Carlos Eduardo Sartor Cristiane Mendes Moura Lopes Editores do Volume 4 Janaíde Cavalcante Rocha Vanderley M. John Projeto gráfico Regina Álvares Textos de apresentação da capa Arley Reis Revisão gramatical e bibliografia Giovanni Secco Editoração eletrônica Amanda Vivan Fotolitos e impressão Coan

Catalogação na Publicação (CIP). Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído (ANTAC).

U898

Utilização de Resíduos na Construção Habitacional / Editores Janaíde Cavalcante Rocha [e] Vanderley Moacyr John. — Porto Alegre : ANTAC, 2003. — (Coleção Habitare, v. 4) 272p. ISBN 85-89478-05-X 1. Resíduos. 2. Reciclagem. 3. Construção Civil. I. Janaíde Cavalcante. II. Vanderley Moacyr John. III. Série. CDU - 691


Sumário

1. Introdução

4

Janaíde Cavalcante Rocha e Vanderley M. John

2. Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

8

Vanderley M. John e Sérgio Cirelli Ângulo

3. Aproveitamento de resíduos na construção

72

Janaíde Cavalcante Rocha e Malik Cheriaf

4. Sistemas de cobertura para construções de baixo custo: uso de fibras vegetais e de outros resíduos agroindustriais

94

Holmer Savastano Jr.

5. Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista Claudio de Souza Kazmierczak, Andréa Parisi Kern, Ivana Suely Soares dos Santos, Marcus Vinícius Veleda Ramires e Heitor da Costa Silva

6. Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano

124

176

Célia Maria Martins Neves

7. Desenvolvimento de blocos e tijolos a partir de cinzas de fundo de carvão – CIPECAL

218

Fradique Chies, Neli Iloni Warpechowski da Silva e Oleg Zwonok

8. Cinza da Casca de Arroz Luiz Roberto Prudêncio Junior, Sílvia Santos e Dario de Araújo Dafico

9. Projetos HABITARE/FINEP, equipes e currículos dos participantes

240

262


Janaíde Cavalcante Rocha é engenheira civil pela Universidade Federal de Goiás – UFGO (1988). É mestre em Ciências e Técnicas Ambientais pela Ecole Nationale des Ponts et Chaussées – ENPC (1991), em Paris, França. Doutora em Engenharia Civil pelo Institut National des Sciences Apliquées – INSA de Lyon, na França (1995). No período de 1997 a 2003, esteve em diversas missões no URGC – Matériaux INSA de Lyon, como cooperação de pesquisa CAPESCoffecub. É professora da Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, onde atua na graduação e pós-graduação, na área de Materiais e Processos Construtivos. Coordena o Laboratório ValoRes (Valorização de Resíduos na Construção Civil e Desenvolvimento de Materiais) do Núcleo de Pesquisa em Construção – NPC. Tem diversos artigos publicados em periódicos nacionais e internacionais e em congressos nacionais e internacionais, e publicação de livro na área de Reaproveitamento de Resíduos. E-mail: janaide@npc.ufsc.br

4

1.

Vanderley M. John é engenheiro civil pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS (1982). Mestre em Engenharia Civil (1987) pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS. É doutor em Engenharia (1995) e livre-docente (2000) pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – USP. Fez pós-doutorado no Royal Institute of Technology na Suécia (2000-2001). É professor associado do Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica da USP e possui bolsa CNPq de produtividade em pesquisa. Diretor do CB 02 da ABNT desde 1995, representa esta organização no conselho técnico do PBQP-H. Participou diversas vezes da diretoria executiva da ANTAC, tendo sido seu presidente entre 1993 e 1995. Foi pesquisador do IPT no período de 1988 a 1995 e professor da UNISINOS (1986-1988). Atua nas áreas de Ciência de Materiais para Construção e Infra-estrutura, com ênfase em Reciclagem de Resíduos e Aspectos Ambientais. E-mail: john@poli.usp.br

Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


1.

Introdução

Janaíde Cavalcante Rocha e Vanderley M. John

T

udo que nos cerca um dia será resíduo: casas, automóveis, móveis, pontes, aviões. A este total, devemos somar todos os resíduos do processo de extração de matérias-primas e de produção dos bens. Assim, em qual-

quer sociedade, a quantidade de resíduos gerados supera a quantidade de bens consumidos. A sociedade industrial, ao multiplicar a produção de bens, agravou esse processo. Embora seja possível e prioritário reduzir a quantidade de resíduos durante a produção e até o pós-consumo, eles sempre serão gerados. O desenvolvimento sustentável requer uma redução do consumo de matérias-primas naturais não renováveis. O fechamento do ciclo produtivo, gerando novos produtos a partir da reciclagem de resíduos, é uma alternativa insubstituível. Assim, o desenvolvimento de tecnologias para reciclagem de resíduos ambientalmente eficientes e seguras, que resultem em produtos com desempenho técnico adequado e que sejam economicamente competitivas nos diferentes mercados é um desafio técnico importante, inclusive do ponto de vista metodológico. A idéia de incluir pesquisas na área de reciclagem de resíduos esteve presente na primeira reunião em que representantes da ANTAC, MCT e Introdução

5


FINEP1 discutiram a criação do Programa de Tecnologia de Habitação, que veio a ser o HABITARE. Este livro apresenta uma amostra do que foi desenvolvido no âmbito dos editais do HABITARE até o momento. Nele está apresentado o desenvolvimento de quatro produtos inovadores que utilizam resíduos como matérias-primas e, o que não é menos importante, está esboçado em seu conjunto o delineamento de uma metodologia de trabalho para este complexo tema, além de variados avanços no conhecimento de resíduos importantes, como cinzas pesadas, escória de aciaria, lodos de esgoto e resíduos de construção e demolição. Os projetos aqui apresentados não se limitam apenas a ensaios de caracterização de materiais, realizados em condições laboratoriais, que foram regra por muito tempo, mas incorporam aspectos antes ignorados pelos pesquisadores brasileiros que são fundamentais para o sucesso das pesquisas: aspectos ambientais, de desempenho de produto, durabilidade no longo prazo, interação com a indústria geradora e até mesmo aspectos sociais. O conjunto de projetos aqui apresentado também significou grande avanço no sempre lento processo de formação de recursos humanos capacitados a realizar pesquisa na área, como pode ser visto pela intensa participação de alunos de graduação, mestrado e doutorado em alguns dos projetos. É certo que, dadas a variedade enorme de resíduos existentes em diferentes regiões do país e a complexidade do tema, muitas outras pesquisas serão necessárias para enfrentar o problema de forma significativa. Mas também é certo que a difícil fase inicial já se encontra superada.

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O Capítulo 2 apresenta uma proposta de metodologia para transformação de resíduos em produtos seguros e competitivos no mercado. Uma leitura mais atenta vai revelar que ainda são desejáveis aprofundamentos da metodologia proposta, particularmente nos aspectos de avaliação ambiental e técnicas de desenvolvimento dos componentes. Os leitores reconhecerão que todos os trabalhos apresentados nos capítulos subseqüentes incorporam aspectos que integram a metodologia proposta.

1 Participaram desta reunião, pelo Ministério da Ciência e Tecnologia, o Prof. Luiz Bevilácqua (então vice-ministro) e Maria Silvia Lauandos; pela FINEP, Maria Lucia Horta de Almeida; e pela ANTAC, os professores Carlos Torres Formoso e Vanderley M. John.

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O Capítulo 3, embora mais centrado na investigação sobre possíveis usos de cinzas pesadas (ou de grelha) de carvão mineral, apresenta também evidente contribuição metodológica. A pesquisa contou com o apoio importante do gerador do resíduo, o que certamente é um bom início de caminho para que a pesquisa não acabe sendo conhecimento de prateleira, destino infelizmente comum na engenharia brasileira. O Capítulo 4 apresenta o desenvolvimento de uma telha de cimento reforçado com fibras vegetais. Essa pesquisa é um exemplo de como um grupo de pesquisadores, mesmo pertencendo a diferentes unidades, ao investir de forma contínua – a pesquisa se iniciou em meados da década de 80 no IPT, sob coordenação do Prof. Vahan Agopyan e com participação da Prof.ª Maria Alba Cincotto na formulação de cimentos – em uma linha de pesquisa, pode gerar produto final viável, apesar das dificuldades e atrasos gerados pela falta de continuidade nos financiamentos. Os Capítulos 5 e 6 também tratam de utilização de resíduos como reforço de matrizes frágeis e adotam metodologias muito semelhantes. O Capítulo 5 resume o processo de desenvolvimento de um resíduo da indústria de calçados – o contraforte – em uma fibra de reforço para matrizes de gesso, com uso na fabricação de painéis de construção civil. O Capítulo 6 também explora fibras de celulose obtidas pela reciclagem de papel usado como reforço de matriz cimentícia na produção de painel de forro. Aspectos como durabilidade, qualidade do ar ante a possibilidade de colonização das superfícies por microorganismos e desempenho diante do fogo e demais requisitos não foram esquecidos. O Capítulo 7 apresenta o processo de desenvolvimento de um tijolo utilizando-se de cinzas volantes da queima de carvão mineral em caldeiras de leito fluidizado, cuja geração deve crescer substancialmente no próximo período, no Rio Grande do Sul. O ponto de partida do projeto é um interessante diagnóstico do mercado atual das cinzas, que diagnostica a necessidade de desenvolvimentos de novo mercado para esse produto, tradicionalmente consumido pela indústria cimenteira. Esperamos que estes sejam apenas os primeiros resultados que a sociedade brasileira colhe com o Programa HABITARE nesta importante e nova área do conhecimento. Desejamos a todos uma boa leitura.

Introdução

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Vanderley M. John é engenheiro civil pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS (1982). Mestre em Engenharia Civil (1987) pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS. É doutor em Engenharia (1995) e livre-docente (2000) pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – USP. Fez pós-doutorado no Royal Institute of Technology na Suécia (2000-2001). É professor associado do Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica da USP. Diretor do CB 02 da ABNT desde 1995, representa esta organização no conselho técnico do PBQP-H. Participou diversas vezes da diretoria executiva da ANTAC, tendo sido seu presidente entre 1993 e 1995. Foi pesquisador do IPT no período de 1988 a 1995 e professor da UNISINOS (1986-1988). Atua nas áreas de Ciência de Materiais para Construção e Infraestrutura, com ênfase em Reciclagem de Resíduos e Aspectos Ambientais. E-mail: john@poli.usp.br

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2.

Sérgio Cirelli Ângulo é engenheiro civil pela Universidade de Londrina em 1998, obteve o título de Mestre em Engenharia de Construção Civil e Urbana em 2000 pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo - USP. Foi professor do Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Londrina no ano de 2001. Ministrou palestras e cursos em instituições como Petrobrás, Universidade Estadual de Londrina, Universidade Católica de Santos e Faculdades Metropolitanas Unidas. Autor de artigos publicados em congressos e periódicos nacionais e internacionais. Atualmente, é pesquisador e candidato a doutor em Engenharia de Construção Civil e Urbana pela Universidade de São Paulo atuando na área de Reciclagem de resíduos para a Construção. E-mail: sergio.angulo@poli.usp.br

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2.

Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos Vanderley M. John e Sérgio Cirelli Ângulo

1 Introdução

O

objetivo deste capítulo é apresentar uma proposta de metodologia para a condução dos processos de pesquisa e desenvolvimento visando a transformar resíduos em produtos viáveis em determinadas condições

de mercado. Essa proposta está direcionada tanto para grupos de pesquisa envolvidos em projetos de desenvolvimento de mercado para resíduos quanto para profissionais responsáveis pela gestão de resíduos que buscam novas alternativas. 1.1 Da Necessidade de uma Metodologia De forma geral, as pesquisas de reciclagem de resíduos se limitam a aspectos do desenvolvimento técnico do material e, felizmente de forma mais freqüente, a analisar os impactos ambientais do processo. Entretanto, a ênfase em viabilidade do mercado é um compromisso com a eficácia da pesquisa, pois os benefícios sociais de um processo de pesquisa somente vão se realizar na sua totalidade se o novo produto produzido gerar empregos, reduzir o volume de aterros, consumir resíduos em vez de recursos naturais e evitar a contaminação do ambiente ou o comprometimento da saúde da população. Acidentes ambientais e de saúde pública já ocorreram, como os casos da cal reciclada que era contaminada por dioxinas e foi comercializada durante Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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anos em São Paulo e da tentativa de produção de painéis utilizando fosfogesso, o que levou a processos de colonização das superfícies por fungos, comprometendo a qualidade do ar do interior dos edifícios e a estética. Ora, a viabilidade em um determinado mercado depende da viabilidade econômica do processo, da estratégia de marketing adotada, da adequação do produto às restrições legais locais e de sua aceitação pela sociedade. Assim, o desenvolvimento de investigação no domínio de ciências dos materiais e ambientais é fundamental, mas não suficiente. Não é intenção dos autores negar o valor das pesquisas que se limitem a um ou outro desses aspectos, uma vez que o avanço no conhecimento científico traz benefícios além daqueles imediatos que motivaram o seu autor. Conseqüentemente, um processo de pesquisa e desenvolvimento de técnicas para reciclagem de resíduo que resultem viáveis em determinado mercado é uma tarefa complexa, a qual envolve conhecimentos de ciências de materiais, ambientais, de saúde, econômicas, marketing, legais e sociais, além da avaliação de desempenho do produto em um cenário de trabalho multidisciplinar. Este trabalho é resultado de um projeto financiado pelo programa HABITARE da FINEP (Financiadora de Estudos e Projetos), em que os desenvolvimentos conceituais da metodologia foram testados em diferentes pesquisas voltadas a resíduos específicos, como escória de aciaria, de alto-forno, resíduos de construção e demolição, lodo de esgoto e vidro, e também voltadas para os efeitos ambientais da reciclagem promovida pela indústria cimenteira brasileira. Os resultados dessas pesquisas estão apresentados em um site da Internet (www.reciclagem.pcc.usp.br). Este projeto envolveu uma equipe ampla, que é apresentada no item 9.2, na página 264. 1.2 Comprometimento dos geradores do resíduo 10

Se não houver a firme disposição da direção de uma empresa em desenvolver mercado para seus resíduos, dificilmente um projeto de pesquisa terá sucesso completo por várias razões. Em primeiro lugar, o estabelecimento de um processo de reciclagem somente será possível se o reciclador tiver confiança na estabilidade do fornecimento de sua matéria-prima (o resíduo) por período suficientemente longo a amortizar seu investimento. Em segundo lugar, boa parte das vezes, o desenvolvimento de uma aplicação comercial para um resíduo demandará o conhecimento dos processos internos da empresa que definem as características dos resíduos. Em terColetânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


ceiro lugar, a reciclagem do resíduo exigirá uma mudança na cultura da empresa: o lixo vira um novo produto comercial. Na verdade, o resíduo-produto ainda estará sujeito às restrições legais aplicáveis aos resíduos. O(s) consumidor(es) deste novo produto demanda(m) níveis de qualidade constante e prazos de fornecimento, e o processo necessita ser ajustado para atender a essa demanda. Em quarto lugar, a maximização dos benefícios da reciclagem do resíduo poderá requerer mudanças no processo de produção ou gestão dos resíduos, de forma a aumentar a reciclabilidade (DE SIMONE; POPOFF, 1998), o que pode, inclusive, alterar a formulação do produto. Neste último caso, tem-se o exemplo da sugestão apresentada por um grupo de trabalho inglês de alterar a distribuição de cores das embalagens de vidro produzidas na Inglaterra de maneira a possibilitar a reciclagem inclusive das embalagens importadas, já que um vidro colorido somente pode ser reciclado para um vidro da mesma cor (DETR, 1999c). A possibilidade de redução de custo na gestão de resíduos e até de aumentar o faturamento é sempre um argumento central em discussões com geradores de resíduos. A Figura 1 esquematiza a evolução de preço das cinzas volantes à medida que novas aplicações foram desenvolvidas: em um primeiro momento o gerador pagava para os consumidores retirarem o produto, enquanto, atualmente, o produto é vendido.

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Figura 1 – Ganho de valor das cinzas volantes conforme a aplicação do produto foi se consolidando e descobrindo os seus nichos de aplicações onde ela melhora as propriedades do concreto (CORNELISSEN, 1997)

Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos


Caso não exista esse comprometimento, a pesquisa ficará limitada aos aspectos de conhecimento básico e/ou pesquisa acadêmica, de valor significativo, mas sem o alcance ambiental e social mais imediato.

2 Etapa 1 – O Processo de Geração do Resíduo 2.1 Estimando a geração dos resíduos A estimativa da quantidade de resíduo gerada por determinado tempo e eventuais sazonalidades são importantes para (a) determinar a estrutura necessária para gerir o processo e realizar a reciclagem; (b) indicar a escala de produção de reciclagem necessária, o que freqüentemente limita as tecnologias; e (c) indicar tendências futuras de geração de resíduo (Figura 2), já que o processo de reciclagem deve ser pensado para o longo prazo.

Figura 2 – Estimativas da geração de resíduos de compósitos na Europa (THE EUROPEAN ALLIANCE FOR SMC, 2003)

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Resíduos gerados em baixa quantidade limitam as opções comerciais da reciclagem que exigem processamento industrial, sempre sensível à escala. Para o desenvolvimento de produtos cuja participação do resíduo na composição final seja pequena, algumas estratégias são possíveis, desde a mistura de um resíduo ou um grupo de resíduos com matérias-primas virgens até a criação de pólos de reciclagem que articulem grupos de empresas, como os das indústrias de compósitos japonesa (Japanese Recycling Composites) e européia (European Composite Recycling Concept). Já a sazonalidade da produção, típica da agroindústria, pode exigir a formação de estoques que permitam às unidades de reciclagem operar de maneira contínua. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Via de regra, não existem dados consolidados e confiáveis sobre a geração de resíduos industriais, mesmo para uma indústria que apresente um sistema de gestão de resíduos. Nesse caso, as estatísticas freqüentemente são relativas à combinação dos resíduos gerados (por exemplo, número de contêineres enviados) ou estão dispersas na contabilidade empresarial, o que torna difícil a sua localização. Por essa razão, é recomendável verificar a consistência das estimativas. O balanço de massas (onde a massa de resíduos será a massa total de matérias-primas, incluindo água, descontados os poluentes gasosos e líquidos emitidos e a massa de produtos) é quase sempre uma alternativa viável, embora trabalhosa. A adoção de índices de geração de resíduos em relação à massa de produção é também uma opção, mas que pode levar freqüentemente a erros, dado que diferenças entre matérias-primas e processos industriais podem fazer índices de geração variar significativamente entre diferentes instalações industriais, mesmo dentro de um mesmo país. 2.2 Custos associados aos resíduos Os custos associados à pratica atual de gestão de resíduos são parte fundamental na avaliação da viabilidade econômica da reciclagem e no interesse do gerador em desenvolvimento de alternativas de reciclagem. Segundo um levantamento da EPA, mesmo nos EUA, boa parte das empresas não realiza apropriação direta dos custos ambientais, especialmente porque os sistemas de contabilidade não prevêem esta rubrica (DESIMONE; POPOFF, 1998). Segundo esse estudo, os custos ambientais podem chegar até a 20% dos custos totais e, via de regra, eles estão colocados em algum departamento, juntamente com custos de produtos e processos. Custos de contingência para eventuais atividades de remediação das áreas de deposição, multas ambientais, etc., que podem ocorrer inclusive por mudança futura na legislação, não são considerados de forma direta. Os custos de disposição de resíduos em aterro incluem também embalagem, tratamento, transporte, licenciamento ambiental, etc. Além dos custos diretos, existem os custos indiretos, como o desgaste da imagem da empresa devido à sua gestão ambiental ineficiente, que pode levar a confrontos com organizações sociais e perda de consumidores. Esse é um outro fator que pode determinar o interesse por uma tecnologia de reciclagem (DESIMONE; POPOFF, 1998). 2.3 Processo industrial que gera o resíduo O entendimento do processo de produção responsável pela geração de um resíduo industrial é um ponto fundamental no processo de busca de reciclagem. O estudo Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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do processo e de suas matérias-primas fornece informações importantes quanto à potencial composição química do resíduo bem como a possíveis fontes de variabilidade. Um bom ponto de partida para o entendimento do processo industrial é a bibliografia relativa ao processo específico, mas é necessário um estudo das condições concretas de produção do resíduo em questão porque freqüentemente existem variações no processo de produção, diferentes classes de um mesmo produto, e matérias-primas podem variar significativamente, afetando a composição dos resíduos. 2.3.1 Exemplos: escória de aciaria, cinzas industriais e lodo de esgoto

Nomes genéricos como escória de aciaria englobam escórias produzidas por, pelo menos, dois processos diferentes, fornos de arco elétrico e fornos de conversão a oxigênio ou LD, além de uma grande variedade de aços. Essa variedade de processos e produtos gera escórias de composição muito diferentes, com relações 2 < CaO/SiO2 < 4,5. A natureza da adição usada nesses processos, cal ou dolomito, afeta também a composição química e a reciclabilidade (GEISELER, 1996) (Tabela 1). No caso de produção de ferro-ligas, a relação CaO/SiO2 pode ser inferior a 2.

Tabela 1 – Influência do tipo de processo e de adições na composição de escórias de aciaria européias (GEISELER, 1996)

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Da mesma forma, as escórias de alto-forno podem ser ácidas, se a relação CaO/SiO2 < 1, ou básicas (JOHN, 1995), dependendo do processo industrial. Essa natureza afeta a reciclabilidade desses produtos. Sakai e Hiraoka (1997) e Lamers e Born (1994) discutem a influência de diferentes tecnologias de calcinação de resíduo sólido municipal nas características das cinzas geradas. O teor de álcalis nas cinzas de bagaço de cana é governado pela eficiência do processo de extração do caldo1 .

1

Comunicação pessoal com o Prof. Dr. Wesley Jorge Freire (UNICAMP).

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Na grande São Paulo, existem instalações de tratamento de esgoto que operam com tecnologias significativamente diferentes (Figura 3) e recebem resíduos de natureza muito diversa, alterando de maneira significativa a composição química dos lodos gerados, principalmente em função dos condicionadores do lodo empregados nas estações de tratamento (Tabela 2).

a) Estação de tratamento Parque Novo Mundo – cidade de São Paulo

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b) Estação de tratamento ABC – cidade de São Paulo Figura 3 – Instalações de tratamento de lodo de esgoto que operam com diferentes tecnologias (SANTOS, 2003)

Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos


Tabela 2 – Influência do tipo de adições na composição química dos lodos de esgoto (dados de SANTOS, 2003)

2.4 Processo de gestão do resíduo Considerado em um processo tradicional como um estorvo ou problema, o resíduo, especialmente se não perigoso, não é freqüentemente tratado como produto. Os processos de gestão do resíduo afetam as características dos resíduos, incluindo as possibilidades de reciclagem. Algumas vezes, os resíduos recebem tratamentos para facilitar o seu manuseio. Os processos de transporte e estocagem dos resíduos gerados afetam decisivamente sua reciclabilidade (WBCSD, 1998), pois resíduos de natureza diferente são freqüentemente misturados nessas etapas, o que provoca contaminações recíprocas (EC, 2000). 2.4.1 Exemplo – escória de alto-forno

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No caso da escória de alto-forno, a existência ou não do processo de resfriamento brusco governa a microestrutura do resíduo – o seu teor de vidro, mais especificamente –, com enormes implicações nas possibilidades de aplicações: somente a escória predominantemente vítrea possui poder aglomerante (JOHN, 1995). Devido a limitações operacionais, em muitas siderúrgicas, uma parte da escória é resfriada lentamente e se cristaliza. Assim, em um só processo, geram-se dois resíduos, com a mesma composição química, mas com potenciais de reciclagem completamente diferentes. Ainda mais, existem diferentes tipos de granulação: a com água e a por pelotização (JOHN, 1999). Esta última resulta em um produto granular, de densidade mais baixa. Neste processo, os grãos de maior diâmetro possuem um teor de vidro menor e são normalmente mais adequados a agregados leves, e os grãos de menor diâmetro, que resfriam mais rápido, possuem um teor de vidro mais elevado, sendo utilizados na produção de aglomerantes. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


As escórias de aciaria, por exemplo, podem sofrer um processo de beneficiamento por cominuição seguida da retirada das frações metálicas por separação magnética. Esse processo bem como sua eficiência vão determinar o teor de metal no produto, uma característica importante quando se trata de reciclagem.

Figura 4 – Granulação de escória de alto-forno na Companhia Siderúrgica de Tubarão

2.4.2 Exemplo – resíduo de construção e demolição (RCD)

No caso de resíduos de construção e de demolição, por exemplo, caçambas colocadas junto ao meio-fio são contaminadas por outros tipos de resíduos, como restos de comida e até de móveis velhos (Figura 5).

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Figura 5 – Contaminação de resíduos de construção e demolição por outros resíduos

Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos


A existência de tubulação de descida de resíduos única e de caçamba única faz com que as caçambas de resíduos de canteiros de obra misturem fases diferentes, geradas de forma separada, o que dificulta a reciclabilidade. Problema similar ocorre durante a demolição de forma convencional no Brasil (Figura 6). Dessa forma, o resíduo de construção e demolição disponível é um resíduo misto de concretos, alvenarias, revestimentos e outros com menores possibilidades de utilização. Em outros países, peças estruturais de concreto são separadas por práticas de demolição seletiva (HENDRIKS, 2000).

Figura 6 – Mistura de componentes construtivos do resíduo de construção e demolição pela ausência de gestão em demolições

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Outro aspecto relevante é o tempo de estocagem, que pode possibilitar transformações no resíduo, como hidratação das escórias e das cinzas de resíduo urbano, e que, freqüentemente, torna mais aguda a contaminação ambiental. Pechio e Battagin (1999) mostram que os depósitos de escória de alto-forno granulada existentes em siderúrgicas brasileiras com até 10 anos de idade possuem um maior teor de resíduos insolúveis devido à contaminação do produto e também um grau de hidratação que, embora não elevado, afeta significativamente a resistência mecânica dos cimentos produzidos com essas escórias. Já no caso das escórias de aciaria, o envelhecimento possibilita uma hidratação do CaO presente e a corrosão do ferro metálico, diminuindo o potencial expansivo, que dificulta a aplicação do produto. A reciclagem de resíduos exige que os procedimentos de manejo e estocagem passem a ser controlados, alterando processos internos de uma instalação industrial. Essas alterações podem ser difíceis de serem implantadas por limitação de espaço, de custo ou até mesmo por motivos culturais. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


3 Etapa 2 – Caracterização do resíduo Em boa parte das situações, as informações disponíveis sobre determinado resíduo são apenas aquelas oriundas do controle do processo de produção ou requeridas pelas agências de controle ambiental, como, por exemplo, os ensaios necessários à determinação da categoria em que o resíduo se encaixa dentro da lei. Embora essa informação seja muito importante, ela não é suficiente para permitir uma decisão no processo de reciclagem, pois faltam informações sobre a natureza físico-química do resíduo. Para processos de reciclagem, é importante determinar o valor médio e também a variabilidade de cada aspecto relevante do resíduo, visto que o processo de reciclagem deve ser desenhado para absorver a maior parcela possível dos resíduos. Especial atenção deve ser dada à representatividade das amostras para estudo. A representatividade de materiais sólidos particulados é função da massa. A teoria de Pierre Gy (Equação 1) é um exemplo de ferramenta que pode ser utilizada na estimativa da amostragem representativa (LUZ, 1998; PITARD, 1993), levando em conta diversos fatores, como tamanho de partículas, concentração das fases de interesse no resíduo, eficiência do processo de separação destas fases, entre outros. Em LUZ (1998), um capítulo do livro exemplifica a utilização da metodologia em situações reais.

Equação 1

em que: M é a massa (gramas); m é o fator de composição mineralógica, em g/cm3; x é o teor mínimo (m/m) da fase de interesse presente no resíduo; ρ é a massa mínima das fases presentes no resíduo (g/cm³); l é o fator de liberação das partículas, no qual o valor 1 é utilizado quando o mineral é o único constituinte de parte dos grãos, 0,5 se a fase de interesse está em grãos em combinação com outra fase, e assim por diante; f é o fator de forma das partículas, com valor usual em torno de 0,5. h é o fator de distribuição de tamanho de partículas, parâmetro que procura levar em conta a possibilidade de segregação; d é o diâmetro da maior partícula (cm); e Sa é a estimativa de variabilidade, podendo ser utilizado o desvio padrão do teor do mineral de interesse no resíduo. Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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Da mesma forma, para determinação do valor médio dos aspectos relevantes, é necessária uma amostra que integre um período suficientemente grande de geração para incorporar as fontes da variabilidade (LUZ, 1998) de maneira a fornecer uma estimativa confiável. O estudo de variabilidade pode ser feito por meio da análise de uma série suficientemente grande de amostras representativas de períodos curtos de geração do resíduo, capaz de representar as informações relevantes. A definição desses períodos de coleta deve ser feita considerando-se o tamanho das pilhas de material a serem acumuladas antes do processamento. A NBR 10007 apresenta as condições para amostragem do resíduo, em função do seu estado (líquido ou sólido), forma de estocagem, entre outros, para estimar tanto a composição média quanto a variabilidade do resíduo, mas pouca atenção é dada ao tamanho das amostras. Essas condições podem servir de ponto de partida para a definição de um procedimento da retirada de amostra representativa. 3.1 Aspectos a caracterizar A caracterização do resíduo deve compreender a determinação:

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a) da composição química do resíduo de forma quantitativa, por técnicas gravimétricas por via úmida, fluorescência de raios X, ICP, de forma completa, uma vez que a presença de teores na faixa do ppb pode ser um fator de preocupação para algumas substâncias; b) das suas características microestruturais (arranjo atômico, fases cristalinas, teor de vidro, teor e natureza dos voláteis, etc.) por técnicas como difração de raios X, termogravimetria, calorimetria de varredura, microscopia eletrônica de varredura, incluindo microanálises químicas; c) das características físicas como massa específica real, granulometria, porosidade por intrusão de mercúrio ou absorção de líquidos, eventualmente das características mecânicas, além da caracterização ambiental; e d) de outras características relevantes, como poder calorífico, condutividade térmica, radioatividade, etc. A decisão sobre que ensaios realizar visando à caracterização do resíduo bem como sobre as técnicas mais adequadas é problema técnico cuja dificuldade não deve ser subestimada. A seleção de técnicas de análise química depende da natureza da fase de interesse e da concentração esperada. Assim, uma análise química de um produto pode requerer o uso de várias técnicas de caracterização, diferentes e comColetânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


plementares. Assim, uma exaustiva revisão bibliográfica sobre o resíduo, sobre o seu processo de geração, é fundamental para subsidiar a montagem do programa de caracterização do resíduo. Quando se trata de reciclar resíduos, a composição química, em termos de óxidos mais importantes, não é suficiente, porque é necessário avaliar o risco ambiental do resíduo. Isso implica a caracterização de metais pesados presentes em concentrações baixas (ppm ou ppb), na quantificação de íons solúveis presentes em concentrações baixas no soluto, na presença de substâncias orgânicas complexas como hidrocarbonetos poliaromáticos (PAH) e dioxinas. A caracterização da microestrutura é também decisiva. Alguns resíduos podem conter fases metaestáveis e podem sofrer alterações alotrópicas que geram mudança de volume. Outras fases podem reagir com elementos do meio ambiente e aumentar a massa e o volume. Por exemplo, nas escórias de aciaria, parte do CaO está presente na forma de óxido de cálcio puro, em uma das formas alotrópicas do C2S – que também podem ser expansivas, ou em outras formas mineralógicas estáveis, como o silicato tricálcico (GEISELER, 1996). Parte do ferro, expresso na análise química com o Fe2O3, pode estar na forma de ferro metálico, cujo processo de corrosão pode levar também a processos expansivos ou de manchamento dos produtos (MACHADO, 2000), ou combinada com cálcio ou magnésio, entre outros. O teor de vidro é determinante na reciclagem de escórias granuladas de alto-forno, cinzas volantes, entre outros. Assim, além da caracterização de óxidos fundamentais, é desejável determinar em que fases minerais cada espécie química se encontra, o que pode ser feito com técnicas de caracterização de microestrutura, como microssonda eletrônica, DRX, termobalança, entre outros. A porosidade e a morfologia são importantes em cinzas destinadas à adição ao concreto. A correta interpretação desse conjunto de dados demanda, muitas vezes, esforço significativo de pesquisa. 3.1.1 Exemplo da escória de aciaria

Para caracterizar a escória de aciaria de fornos de conversão LD, Machado (2000) empregou a estratégia descrita na Tabela 3, e os resultados são apresentados nas tabelas subseqüentes. Os resultados da análise química expressa em termos de óxidos fundamentais estão na Tabela 4 e a análise combinam três técnicas diferentes: fluorescência de raios X, gasometria para determinação do CO2 e determinação do teor de cal livre utilizando-se dissolução seletiva em etilenoglicol. A determinação Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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do teor de cal livre é crucial nesse material, já que é a fração óxido de cálcio e magnésio que, ao se hidratar, aumenta de volume. Os valores são coerentes com os dados já publicados para esta mesma siderúrgica, embora seja possível observar variações significativas entre as amostras. É a termogravimetria que vai permitir estimar quanto do cálcio e do magnésio já se encontra na forma de hidróxido ou carbonato (Tabela 5). Os valores se referem apenas a frações voláteis (H2O e CO2) e necessitam ser corrigidos em função da estequeometria. Essas espécies químicas são produto do envelhecimento da escória no estoque, uma vez que elas não são estáveis na temperatura de geração da escória, o que significa que os produtos ficaram expostos à umidade por um período e parte da expansão já ocorreu. Assim, comparando os valores, observa-se que existe uma parcela significativa de cal livre na forma de óxidos e que, ao se hidratar, provocará a expansão dos grãos.

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Tabela 3 – Estratégia para a caracterização da escórias de aciaria (MACHADO, 2000)

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Tabela 4 – Resultados da análise química (MACHADO, 2000)

Tabela 5 – Resumo dos resultados da termogravimetria. As perdas de massa se referem apenas às parcelas voláteis das diferentes espécies químicas

O teor de ferro não oxidado não foi medido, embora seja importante, visto que a corrosão desta fase leva a processos expansivos. No entanto, a difração de raios X mostra a presença de fases como wüstita (FeO) e hematita (Fe2O3) na amostra L2, as quais possuem uma grande porcentagem de ferro em formas oxidadas. As demais fases identificadas nas escórias foram a larnita (Ca2SiO4); CMIS - silicato de cálcio, ferro e magnésio - (Ca2Fe1,2MgO0,4Si0,4O5-); gismondina (CaAl2Si2O8.4H2O); óxido de cálcio (CaO); e portlandita (Ca(OH)2). O óxido de cálcio certamente provocará expansão do produto ao se hidratar. A larnita pode apresentar transformação alotrópica, provocando desagregação superficial dos grãos. A primeira fase ocorre pela hidratação, e a segunda, pela presença de outras fases, uma vez que a técnica identifica apenas aquelas fases bem cristalinas em teores superiores a 5%. Observase, adicionalmente, que existe coerência entre os resultados da difração de raios X, a análise química e a termogravimetria. Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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(Amostra 01)

(Amostra 02) Figura 7 – Difração de raios X das amostras de escórias de aciaria (MACHADO, 2000)

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3.1.2 Exemplo – Lodos de esgoto

Santos (2003) estudou os lodos de esgoto gerados em estações de tratamento da SABESP, em São Paulo. Como ponto de partida, utilizou dados de análises diversas já existentes para caracterizar o resíduo. Esses dados foram complementados com análise de amostras retiradas de algumas das estações. A dificuldade inerente a essa classificação são as diferenças significativas do lodo entre estações e sua variação ao longo do tempo. Essa variabilidade certamente condicionará as estratégias de reciclagem. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


A Tabela 2 mostra resultados da influência de detalhes do processo na composição química principal de lodos de esgotos de São Paulo. No entanto, a caracterização desse tipo de produto é bem mais complexa, e a variabilidade, especialmente para metais, significativa, como mostra a Figura 8 para o caso do cádmio.

Figura 8 – Variabilidade do teor de cádmio em torta de lodo de esgoto. Os valores de São Paulo se referem ao controle realizado pelas estações de tratamento no período de um ano (SANTOS, 2003). Valores da Dinamarca e França são médias entre várias estações (SLOOT et al., 1997)

A difração de raios X indica que a amostra do material é composta de quartzo, feldspato, mica, caulinita e calcita, este quando tratado com cal hidratada e cloreto férrico. A torta do lodo de esgoto possui material de granulometria fina, 40% na faixa das argilas (<0,005 mm) e apenas 13% na faixa de areia fina (0,4 a 0,05 mm), sendo o restante silte. Parte da torta é submetida a peletização (80% da massa com diâmetro entre 5 mm e 2 mm) e secagem. O material possui matéria orgânica incorporada, e o uso do poder calorífico durante a reciclagem é uma alternativa interessante. O teor de carbono orgânico presente, medido em três amostras retiradas em momentos diferentes, variou entre 21,4% e 29,4% da massa total. Como mesmo no pellet e na torta prosseguem processos biológicos que degradam o carbono, este teor pode variar significativamente com o tempo de estoque. A perda ao fogo variou entre 43,44% e 60% para três amostras de datas diferentes. As estimativas de poder calorífico inferior variaram ainda mais, entre 3,07 e 13,95 MJ/kg. Considerando-se o teor de carbono e a literatura internacional, é proMetodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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vável que os valores inferiores estejam equivocados e o poder calorífico fique acima de 10 MJ/kg. A análise de classificação ambiental da NBR 10004 é feita freqüentemente com resultado típico de Classe II, não inerte. 3.2 Análise de fases e da sua separabilidade Embora, em princípio, seja interessante elaborar um processo de reciclagem minimizando as etapas industriais, é certo que muitos resíduos cuja composição média não é atrativa podem ser integral ou parcialmente reciclados quando separados em suas fases. Assim, detectada a presença de diferentes fases, é sempre interessante a quantificação dessas fases, bem como investigar se existem técnicas para separá-las na escala industrial. Os diferentes ramos da engenharia, como a química, engenharia de tratamento de minérios e a metalurgia, dispõem de um arsenal de técnicas de processamento viáveis industrialmente que possibilitam separar de fases de interesse presentes em matérias-primas, utilizando técnicas de britagem, peneiramento, separação magnética – esta utilizada industrialmente para separar grãos de escórias de aciaria com alto teor de metal –, técnicas de separação densitária via úmida em jigues (CETEM, 1998), que exploram diferenças de densidade e tamanho de partículas, de separação em ciclones, solubilizações parciais, de reações químicas, etc. 3.2.1 Exemplo: análises de fases em resíduos de construção e demolição

Os resíduos de construção e demolição são compostos de fases de rocha, concretos, argamassas, cerâmicas de diferentes naturezas, gesso, plástico, madeira, metais de diferentes naturezas, etc. É usual em estudos indicar a participação quantitativa dessas fases. 26

Angulo (2000) estudou a variação da participação dessas fases nos agregados gerados pela instalação de reciclagem de resíduos de construção e demolição piloto de Santo André, SP, retirando uma amostra representativa de cada contêiner, que foi homogeneizada e quarteada. A determinação das fases foi realizada por catação manual (LUZ, 1998). Esse trabalho foi realizado em triplicata. Como mostrado na Figura 9, a participação das diferentes fases varia acentuadamente de contêiner para contêiner, como, alias, é esperado em um resíduo que chega de diferentes processos de construção e demolição. Uma dificuldade observada foi a separação visual da fase argamassa da fase concreto, visto que a britagem de concreto resulta em frações de argamassa de baixíssima porosidade. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Figura 9 – Variabilidade de agregados de RCD reciclados na central piloto de Santo André, SP

Posteriormente, as fases separadas em cada amostra foram caracterizadas quanto à massa específica seca e à absorção de água. Como fica evidente na Figura 10, existe uma grande variabilidade de porosidade de amostras de uma mesma fase retiradas de diferentes contêineres. Como a porosidade influencia a resistência mecânica, é evidente que existe significativa diferença de desempenho mecânico de um concreto confeccionadocom agregado que possui fração cerâmica com absorção de 7% e outro cuja fração cerâmica do agregado possua absorção de água igual a 27%. Estas diferenças de porosidade observadas influenciam, fundamentalmente, a massa específica seca das partículas, propriedade que permite separar grãos utilizando líquidos de densidades variáveis. A Figura 11 mostra a distribuição das partículas com diferentes massas específicas em agregados de resíduos de construção e demolição produzidos pela instalação de reciclagem da Prefeitura de São Paulo. Os resultados são representativos de um mês de produção da instalação de reciclagem, ou seja, de aproximadamente 800 toneladas. É interessante observar que os agregados classificados pela equipe que controla a instalação como vermelhos ou cinzas não se diferenciam significativamente em termos de distribuição de densidade, embora certamente os vermelhos possuam uma porcentagem maior de cerâmica vermelha. Os resultados também evidenciam que a fração fina (abaixo de 4,8 mm) é composta de produtos mais densos, fato que pode ser explicado pela transformação de poros internos em rugosidade superficial. Por outro lado, agregados classificados como vermelhos geram uma fração maior de agregados finos (Figura 12). Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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Figura 10 – Distribuição de freqüência de absorção de água das diferentes fases (total de 32 amostras obtidas em Santo André)

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Figura 11 – Distribuição de densidade dos grãos de agregados de resíduos de construção reciclados por flutuação em meio denso para agregados graúdos e miúdos

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Figura 12 – Participação de agregados finos e graúdos

Do ponto de vista de composição química, foi observado que as frações mais finas apresentam um valor maior de perda ao fogo, medida neste material que representa a água quimicamente combinada com cimento, cal e gesso ou argilominerais, decomposição de carbonatos e de matéria orgânica, etc. Tipicamente, encontra-se logo a baixo de 10% da massa, mas praticamente dobra para a fração passante na peneira de abertura de malha 0,15 mm. O teor de resíduos insolúveis em ácido clorídrico é também uma medida indireta da fração aglomerante. Informações como essa, combinadas com caracterização química e mineralógica das diferentes fases, vão permitir desenvolver alternativas de reciclagem para diferentes parcelas dos resíduos de construção e demolição, separadas tanto por fração granulométrica, composição de fases e cor quanto por densidade. 3.2.2 Exemplo: escória de aciaria

A possibilidade de recuperação do aço ainda presente na escória é outro aspecto de interesse econômico em processo de reciclagem. A Tabela 6 mostra os resultados de separação magnética realizada em dois estágios. Quase 60% da amostra apresentou comportamento magnético e apresenta potencial para reciclagem da fração metálica. 29

Tabela 6 – Avaliação da presença de frações magnéticas na escória

Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos


4 Etapa 3 – Seleção de usos potenciais para os resíduos Esta etapa é decisiva no processo de desenvolvimento de mercado para os resíduos. A aplicação do resíduo não deve partir de idéias pré-concebidas, mas em função das características do resíduo e de suas fases e das condições de mercado locais. Como regra geral, as aplicações possíveis são aquelas que melhor aproveitam as características fisico-químicas que o resíduo apresenta, como um todo ou nas suas diferentes fases, para gerar um novo produto de melhor desempenho e menor impacto ambiental que as soluções tradicionais, com condições de competir em um nicho específico de mercado. Existe grande tradição de engenharia em, dada uma necessidade, buscar uma matéria-prima que atenda a tal necessidade. No caso dos resíduos, o caminho é inverso: dispõe-se de um produto e buscam-se nichos de mercado que ele possa atender. Esta etapa requer: (1) revisão bibliográfica completa; (2) criatividade (BSCGM, 1997); e (3) conhecimentos de diversas áreas de engenharia e ciência, finanças e de marketing, exigindo o envolvimento de uma equipe realmente multidisciplinar. A Figura 13 resume, de uma forma simplificada e linear, o fluxograma para a seleção de alternativas para a reciclagem. Na prática, o processo provavelmente é muito mais complexo e interativo que o sugerido pelo fluxograma. Nessa fase, muitas vezes torna-se evidente a necessidade de melhorar a caracterização do resíduo, analisar melhor o processo de produção, etc. Algumas aplicações para o resíduo podem demandar misturas com outros produtos, tornando necessária a busca por matérias-primas secundárias ou naturais.

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Figura 13 – Esquema geral para a seleção de alternativas para reciclagem

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Do ponto de vista da empresa geradora do resíduo, a existência de um maior número de aplicações é importante porque permite: (a) minimizar riscos de perder o mercado devido a uma decisão do único consumidor ou de grupo pequeno de consumidores reunidos em um oligopsônio; e (b) criar alguma competição pelo resíduo, o que maximiza as possibilidades de obtenção de benefícios financeiros (JOHN, 1995). Nesse contexto, interessa aos geradores de determinado resíduo que já dispõem de colocação no mercado desenvolver novas alternativas, especialmente de maior valor agregado. Catalfamo, Pasquale e Corgliano (1997), por exemplo, sugerem a aplicação das cinzas volantes utilizadas para a produção de cimento e concreto na produção de zeólitas, capazes de absorver metais pesados em estações de tratamento de águas residuais. Van Loo (1998) analisa uma nova possibilidade de reciclagem integral dos resíduos de concreto que, por meio de choque térmico, separa os agregados naturais, que podem, então, ser reciclados na produção de novos concretos, da matriz cimentícia, transformada em partículas finas anidras, que podem substituir parcialmente o cimento na produção de argamassas ou concretos. 4.1 Identificação de alternativas com potencial técnico A seleção das aplicações se inicia pela análise comparativa entre as características físicas e químicas do resíduo – ou de uma das fases componentes do resíduo – e os requisitos necessários para a aplicação. Essa análise deve considerar um universo mais amplo na determinação da composição do resíduo, enquanto etapas de mercado e ambiente devem atender a uma agenda mais local. Assim, o objetivo é identificar, em um primeiro momento, o maior número de alternativas com potencial técnico possível. Quanto maior for a quantidade e variedade de conhecimento reunido nessa atividade, maior será a lista de alternativas e maior a chance de seleção de alternativas competitivas em diferentes mercados. A maneira mais prática de reunir grande variedade de conhecimento é envolver no processo uma equipe multidisciplinar, para analisar as características dos resíduos e, com base na sua experiência pessoal, e sugerir de forma intuitiva alternativas de reciclagem (Figura 14), identificando etapas industriais, necessidades ou possibilidades de segregação de fases, geração de resíduos durante o processamento, possíveis emissões aéreas ou aquosas para o ambiente, dificuldades esperadas no processo de pesquisa e desenvolvimento, ensaios adicionais necessários à formulação de uma opinião mais definitiva para cada aplicação, sugestões de alterações no processo de Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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geração ou gestão do resíduo, etc. A equipe envolvida deve ser a maior, a mais variada em termos de especialidades de engenharia e a mais experiente possível. O contato com os membros pode ser feito individualmente pelo pesquisador-líder, que questiona, estimula cada participante e, finalmente, organiza e sistematiza as idéias, até mesmo na forma de um brainstorm. Nessa fase, idéias não devem ser descartadas por serem de difícil aplicação. Na etapa seguinte, organizam-se conjuntamente essas idéias e informações.

Figura 14 – Fluxograma da identificação de alternativas com potencial técnico através de consulta a grupo de especialistas e seleção de alternativas mais viáveis a partir de análise ambiental, econômica, de saúde e técnica

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Outra possibilidade é o desenvolvimento de sistemas especialistas capazes de analisar as características de um resíduo, baseados em banco de experiências prévias (“case base reasoning” ou em regras analisadas por lógica fuzzy). Esses sistemas são normalmente evolutivos (aprendem com a experiência) e podem combinar uma base de dados de resíduos com suas aplicações possíveis e regras escritas. Exemplo dessa aplicação é o sistema especialista desenvolvido por Fonseca et al. (1997), dedicado a avaliar a possibilidade de reciclagem de resíduos em pavimentação. Em todas as situações anteriores seria útil também o desenvolvimento de regras baseadas em requisitos de desempenho para diferentes aplicações. A título de exemplo, são apresentadas na Tabela 7 sugestões de regras para analisar o potencial de resíduos como agregados e aglomerantes inorgânicos para a Construção Civil. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Tabela 7 – Exemplos de requisitos para agregados e pozolanas para uso em concretos e argamassas de cimento Portland

Essas regras devem ser decididamente amplas e aterem-se, numa primeira abordagem, a aspectos essenciais a cada aplicação, não considerando como eliminatórios requisitos que possam ser supridos por atividades industriais, como cominuição ou calcinação. 4.1.1 Normalização prescritiva e critérios de seleção

Os especialistas das diferentes áreas devem evitar submeter os resíduos aos requisitos técnicos normativos ou tradicionais. As regras da Tabela 7 são muito menos restritivas que as expostas nas normas ABNT ou ASTM para agregados e pozolanas, que exigem uma série de ensaios específicos, como reatividade álcaliagregado para os agregados ou resistência à compressão de misturas cal-pozolana para estas. Essa divergência não é acidental. A normalização pode servir de ponto de partida, mas, na prática, revela-se restritiva e limitante. Por terem sido elaboradas para padronização de produto e processo destinados a atender inúmeras aplicações, as normas técnicas não prevêem a possibilidade de desenvolvimento de produto destinado a aplicações específicas, como, por exemplo, agregados de concreto de baixa resistência mecânica, que dispensam de um número significativo de requisitos como resistência à abrasão Los Angeles. Além Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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do mais, as normas limitam-se a análise de matéria-prima específica, dentro de um processo industrial específico. No caso de agregados para concreto e pavimentação, a normalização está integralmente voltada para a análise de agregados derivados de rochas naturais. 4.1.2 Analisando alterações no processo de geração do resíduo

Esta etapa pode evidenciar possibilidades de melhoria da reciclabilidade por meio de modificações no processo de geração dos resíduos como (a) manejo do resíduo na fase de produção; (b) segregação dos resíduos na fonte através de coleta seletiva ou de desmontagem seletiva dos produtos (LAURITZEN, 1998); (c) alterações no processo de produção que gera o resíduo visando a facilitar a reciclagem (DE SIMONE; POPOFF, 1998); ou mesmo, (d) alterações das fontes de matérias-primas ou seu proporcionamento; e (e) introdução de etapas de beneficiamento do resíduo. Essas atividades podem encarecer o processo de produção principal, mas esse gastos podem ser compensados pela redução de custos com gestão dos resíduos. 4.1.3 Análise da conveniência de separação de fases para reciclagem

A separação de fases de resíduos pode ser desejável quando se trata de resíduos industriais que não sofreram manejo adequado – inclusive os de construção e os resíduos pós-consumo, especialmente aqueles oriundos de coleta pública e da desmontagem de produtos como edifícios, automóveis, etc. Essa separação é sempre uma fonte adicional de custo e tem um impacto ambiental no processo – podendo gerar um novo resíduo para o qual necessita ser desenvolvida uma outra aplicação. No entanto, muitas vezes, apresenta benefícios ambientais inegáveis. 4.1.3.1 Exemplo da escória de aciaria

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No caso da escória de aciaria, a separação dos grãos contendo elevados teores de metal é rotineira nas principais siderúrgicas. O processo é bastante simples e envolve britagem e separação magnética. As frações com elevados teores de metal retornam ao processo. Algumas vezes, a separação é melhorada deixando-se sedimentar o ferro metálico durante o processo de transporte ainda líquido no fundo do recipiente de armazenamento, seguida de descarga em duas etapas, apresentando a parcela superficial da escória líquida menor densidade e, portanto, menor teor de metal. 4.1.3.2 Exemplo dos resíduos de construção e demolição

Mesmo as instalações de produção de agregados a partir de resíduos de construção e demolição mais simples possuem vários processos de segregação de fases. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Em um primeiro momento, a inspeção visual da carga de resíduos que chega decide se o nível de contaminação é elevado. Somente aquelas cargas consideradas proveitosas para a reciclagem como agregado entram no processo de produção. A separação de contaminantes orgânicos como plásticos e madeiras pode ser feita de forma automática2 na alimentação ou após a cominuição. A retirada de contaminantes após a operação de cominuição pode ser realizada por densidade via seca ou por densidade via úmida. A separação por densidade via seca gera uma corrente de ar, normalmente ascendente. Já a separação por densidade via úmida emprega tanques de flutuação em água (HENDRIKS, 2000; QUEBAUD; BUYLEBODIN, 1999). Fases minerais podem ser concentradas em duas fases em determinados equipamentos via úmida3 : a) uma fase de menor massa específica, rica em cerâmica e argamassa; e b) outra fase rica em rochas naturais e concretos de maior resistência. Esses equipamentos são conhecidos como jigues (KOHLER; KURKOWSKI, 1998). Muito comum é a separação das frações metálicas ferrosas por ímã permanente, normalmente após a britagem (QUEBAUD; BUYLE-BODIN, 1999). É através da combinação destas atividades que agregados com características mais controladas são produzidos. 4.2 Seleção da(s) alternativa(s) para pesquisa e desenvolvimento Do ponto de vista tecnológico, a gama de aplicações possíveis para um resíduo pode ser muito grande, e o objetivo desta etapa é determinar quais dessas aplicações com potenciais técnicos possuem maior probabilidade de serem implementadas em uma situação específica de mercado e em condições de geração do resíduo, considerando qualitativamente impactos ambientais, saúde dos trabalhadores e usuários e viabilidade de mercado, o que inclui escala de produção. É certo que a reciclagem de resíduo de concreto como agregado para concreto é tecnicamente viável. No entanto, em situações em que existe grande oferta de agregado natural, de alta qualidade e a preços reduzidos, essa reciclagem não é economicamente viável, a menos que exista um custo muito elevado de deposição de resíduos de construção e não existam outras alternativas de uso para o agregado reciclado.

Para exemplo de separador mecanizado, ver http://www.thole.nl/products/engels/bt_engl.htm. Para exemplo de equipamento comercial de jigue aplicado a resíduos de construção, ver http:// www.allmineral.com/. 2 3

Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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Do ponto de vista ambiental, as alternativas de reciclagem devem permitir um menor impacto ambiental global, ou seja, o impacto da reciclagem deve ser inferior ao somatório dos impactos ambientais da gestão atual do resíduo com o do produto tradicional. Toda essa análise dos impactos ambientais deve ser feita em termos de berço ao túmulo. Nesta etapa, ainda não existem dados suficientes para uma análise do ciclo de vida quantitativa, nos termos clássicos. No entanto, na maioria das vezes, é possível para especialistas nos diferentes processos organizar a lista de aplicações viáveis em uma ordem de impacto ambiental crescente. Ong, Koh e Nee(1999) propõem um modelo de pré-análise do ciclo de vida, semiquantitativo adequado a orientar decisões no processo de pesquisa e desenvolvimento. Apesar das imprecisões, é freqüentemente possível descartar alternativas que, embora tecnicamente viáveis, apresentem um impacto ambiental obviamente superior às demais, que utilizem ou gerem produtos tóxicos. Abordagem similar deve ser feita considerando-se aspectos de saúde dos trabalhadores e usuários. O segundo critério é o de viabilidade no mercado, que deve considerar em termos semiquantitativos ou qualitativos aspectos de investimentos necessários, custos potenciais dos processos industriais, em comparação com o valor de mercado potencial do produto final, que, em uma primeira aproximação, pode ser considerado como sendo o preço de mercado do produto concorrente. É importante considerar que o preço é diferente do custo de produção. O preço inclui remuneração do capital investido, impostos – que podem ser bastante diferentes entre as alternativas em análise –, dependendo do modelo do negócio e margens de revendedores.

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Outro critério que pode ser incluído é o do risco de que o processo de pesquisa e desenvolvimento não resulte em tecnologia viável que cresce com as dificuldades técnicas e complexidade do processo. Naturalmente, esse risco deve ser julgado contra o potencial benefício que cada processo específico pode trazer, visto que um alto retorno financeiro pode compensar risco elevado. 4.2.1 Critérios para seleção das alternativas mais promissoras

Na ausência de metodologias simplificadas para analisar as alternativas existentes sob o ponto de vista de impacto ambiental, saúde, desempenho econômico e mesmo risco de fracasso no processo de pesquisa e desenvolvimento, propõem-se algumas regras genéricas para colocar as opções existentes em uma hierarquia. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Serão consideradas mais favoráveis alternativas que: a) minimizem a necessidade de separação, classificação e transformação industrial do resíduo; b) minimizem impactos de transporte do resíduo até a planta de transformação e da planta até o mercado consumidor; c) minimizem o risco de lixiviação ou volatilização de eventuais fases perigosas presentes, preferencialmente em aplicações em que não se tenha contato com seres humanos ou lençóis freáticos; d) não utilizem ou liberem produtos tóxicos; e) resultem potencialmente em produto reciclável; f) resultem potencialmente em um novo produto com vantagem competitiva potencial sobre os existentes no mercado; g) apresentem baixo risco de fracasso no processo de pesquisa e desenvolvimento, comparado com o retorno financeiro potencial; e h) apresentem o mais alto potencial de retorno financeiro. Como uma primeira aproximação, a reciclagem ideal é aquela na qual o resíduo é utilizado como produto final ou matéria-prima sem qualquer beneficiamento e com distância de transporte mínima ou, se longa, que utilize meio de transporte de menor impacto ambiental, como por trem ou navegação. Atividades industriais geram emissões atmosféricas e aquáticas, consomem diferentes formas de energia e geram resíduos sólidos. Além disso, a redução das atividades industriais reduzem significativamente a necessidade de investimentos para viabilizar a reciclagem, aspecto que pode ser crítico na viabilidade econômica e transferência da tecnologia. A reciclabilidade do novo produto oferece a possibilidade de que esse produto não se converta, ao final da sua vida útil, em um resíduo (DE SIMONE; POPOFF, 1998). O novo produto muito provavelmente será composto do resíduo e de outros materiais, resultando em uma massa final maior que a massa de resíduo que nele foi empregada como matéria-prima. Assim, caso o novo produto não seja reciclável, paradoxalmente uma atividade de reciclagem provocará um aumento no volume de resíduos gerados pela sociedade no longo prazo, o que, é bem provável, será ambientalmente inadequado. A vantagem competitiva do novo produto é muito importante, porque pode ser um fator decisivo para o seu sucesso no mercado. Day e Wensely (1989) definem Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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vantagem competitiva como aquela que reduz o custo relativo do produto para um produto de mesmo desempenho ou que resulta em um produto de desempenho mais elevado. No caso das cinzas volantes em concreto, as vantagens competitivas obtidas incluem aumento da durabilidade em ambientes contaminados com íons cloreto e sulfatos, redução do calor de hidratação para grandes volumes de concreto, aumento da trabalhabilidade, ganho de resistência no longo prazo do concreto (CORNELISSEN, 1997) e, certamente para consumidores específicos, menor impacto ambiental. É desejável identificar uma aplicação em que não existam concorrentes diretos, mas essa situação é difícil de atingir na maioria dos casos. É conveniente que outros aspectos relativos ao mercado também sejam analisados qualitativamente, como capacidade do mercado de absorver o novo produto e possibilidade e conseqüências de eventuais mudanças no preço do produto concorrente para responder à disputa de mercado. 4.2.2 Ferramentas de decisão

A análise hierárquica ou análise por múltiplos atributos é uma ferramenta desenvolvida por Saaty (1998) e, atualmente, consolidada na ASTM 1765:1988 como um instrumento útil para selecionar as alternativas mais competitivas ante um determinado conjunto de critérios. Essa metodologia, muito utilizada na metodologia de análise do ciclo de vida (LIPPIATT, 1998), consiste na comparação do desempenho de diferentes alternativas duas a duas (A e B) diante de um determinado requisito, como, por exemplo, geração de poluentes durante a transformação do resíduo em material de construção. O interessante dessa ferramenta é que ela permite decidir mesmo quando não se dispõe de resultados quantitativos. Quando essa comparação é realizada qualitativamente, ela pode atribuir nota baseada na escala: 38

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Para manter a consistência, se A é muito mais importante que B, o que resulta na nota 7, para o inverso, B é muito menos importante que A, a nota deverá ser 1/7. O controle dessa consistência é relativamente fácil, mas a consistência entre comparações indiretas é mais complexa: A x B e B x C e C x A. Por isso, existem no mercado softwares capazes de realizar a análise. Com o resultado das comparações é possível construir matrizes de decisão, como a da Figura 15. A alternativa que apresentar proporcionalmente um maior número de pontos dentro do total atribuído – no caso, a alternativa B – é considerada a mais adequada segundo o critério em questão. Utilizando-se a mesma metodologia, é possível também estabelecer a importância relativa Pc de cada critério adotado. De posse do peso relativo de cada critério e do número de pontos obtidos com cada alternativa, quando analisadas diante dos diferentes critérios, é possível calcular a nota final de cada alternativa e ordenar as alternativas pelo número de pontos totais obtidos.

Equação 2

em que: Ni é a nota final ou global da alternativa i, ponderadas as notas obtidas em cada critério; Nic é a nota da alternativa i quando julgada pelo critério c; e Pc é o peso relativo do critério c, sendo o somatório dos pesos de todos os critérios adotados 1. Esse tipo de ferramenta de decisão é dependente da escala adotada – existem outras escalas propostas – e do grau de conhecimento de que se dispõe ao realizar as comparações. No entanto, ela tem a vantagem única que permite integrar variáveis tão diversas em um julgamento único como impacto ambiental e análises econômicas, combinando-se comparações numéricas com qualitativas.

Figura 15 – Exemplo de matriz de decisão baseada na metodologia de análise hierárquica

Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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5 Etapa 4 – Desenvolvimento do produto O desenvolvimento das aplicações selecionadas na fase anterior pode ser subdividido em diferentes etapas. Os estudos iniciais visam a desenvolver conhecimentos fundamentais sobre as alternativas de reciclagem em investigação, de escala eminentemente laboratorial. Nesta etapa, por exemplo, podem ser investigados os efeitos da variabilidade do resíduo em suas propriedades básicas relevantes, o desenvolvimento do material, as transformações químicas fundamentais envolvidas no processo de produção ou no envelhecimento, pode-se identificar fatores que controlam a lixiviação de contaminantes e poluentes liberados no tratamento, etc. Muitas vezes, envolve o aprofundamento da caracterização do resíduo. Caso se tenha sucesso nesta primeira etapa, na etapa seguinte, o produto em si começa a ser investigado e não apenas o seu material. O processo de produção começa a ser desenvolvido, mas ainda em escala laboratorial. Finalmente, um estágio de pré-produção ou produção em escala semi-industrial é recomendável para o refinamento do produto (JOHN; CAVALCANTE, 1996). Nesta fase, um conceito importante é o da engenharia simultânea4 , em que são analisados simultaneamente o desenvolvimento da tecnologia, o desempenho do novo produto, aspectos relativos à manutenção, confiabilidade, marketing e aspectos ambientais, todos do berço ao túmulo (SWINK, 1998).

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O desenvolvimento do produto deve ser feito pelo método científico (JOHN, 1996): hipóteses devem ser adotadas e comprovadas, ou refutadas, a partir de experimentos, de forma a reduzir a incerteza. Assim, o comportamento do produto e o efeito das variáveis do processo devem ser explicados através da sua microestrutura – composição química, mineralógica, porosidade, etc. – e das características físicas. As reações químicas principais que levam à formação do produto devem ser entendidas. A compreensão científica do novo produto é fundamental também na avaliação da durabilidade dele, em suas diferentes situações reais de uso, conforme será discutido adiante. No entanto, o conhecimento científico do produto não é suficiente para garantir o sucesso no mercado: o produto deve também atender às necessidades dos usuários ou, em outras palavras, adequar-se ao seu objetivo funcional e estético. A

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Em inglês, concurrent engineering.

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ferramenta de avaliação de desempenho, detalhada no item 6.1, é uma ferramenta bastante útil para ajudar em decisões de projetos visando a adequar o desempenho do produto, quando integrado ao edifício, às necessidades do usuário final. O aspecto de integração do produto no conjunto dos edifícios ou da estrutura é fundamental e merece particular atenção. Mais do que atender o usuário final, o produto também deve apresentar um desempenho adequado durante as fases de projeto e de construção, preferencialmente integrando-se nos processos tradicionais e adequando-se a equipamentos, capacitação de recursos humanos, disponibilidade de recursos financeiros e nãofinanceiros existentes. O impacto ambiental de cada decisão de projeto do novo produto e do seu processo deve ser também analisado, refinando-se gradativamente a avaliação de análise do ciclo de vida. Aspectos como geração de resíduos sólidos de processo, emissão de poluentes, toxicidade, entre outros, precisam ser considerados. Medidas de projeto para assegurar a reciclabilidade do novo produto devem ser tomadas nos diferentes processos do desenvolvimento. Cada decisão de projeto também deve ser orientada para maximizar o potencial de mercado do novo produto, reforçando aspectos que possam se tornar uma vantagem competitiva, buscando alternativas para reduzir o custo do tratamento, etc. 5.1 Exemplo de estudo de tecnologia básica para reciclagem da escória de aciaria Machado (2000) investigou formas de medir a expansibilidade das escórias de aciaria visando a seu emprego como agregado para a produção de pavimentos e/ou concreto. Investigou diferentes métodos para medir a expansibilidade e também as alterações ocorridas nas escórias associadas à expansão. A Figura 16 apresenta os resultados de um destes métodos de ensaios, em que a escória, cuja granulometria foi reduzida abaixo de 4 mm é utilizada para confeccionar barras de argamassa. O método é bastante rápido, mas o aparecimento de fissuras visíveis a olho nu e o conseqüente empenamento dos corpos-de-prova introduzem grande variabilidade nos resultados para deformações acima de aproximadamente 1,5%. O processo de expansão causou um aumento na presença de fases hidratadas em 78% como hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) e a formação de gismondina (CaAl2Si2O8.4H2O) (Figura 17 e Tabela 5). Informa também que nem todos os óxidos encontram-se hidratados, havendo risco de expansão. Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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Figura 16 – Avaliação da expansibilidade de escória de aciaria LD através da variação dimensional de argamassas (traço 1:2,25:0,47, curado em água a 80 ± 2 °C, baseado na ASTM C 1260:94) (MACHADO, 2000)

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Figura 17 – Influência da exposição da escória a água aquecida na temperatura de 80o C por 320 horas na microestrutura avaliada por DRX da amostra L01 (MACHADO, 2000)

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6 Etapa 5 – Avaliação do produto Uma vez desenvolvido o novo produto e que se disponham protótipos produzidos utilizando tecnologia similar ao esperado na escala industrial (escala pré-industrial), é necessário se iniciar um programa abrangente de avaliação do produto. 6.1 Avaliação do desempenho técnico A metodologia de avaliação de desempenho de componentes tem por objetivo analisar a adequação ao uso, ou seja, a adequação às necessidades dos usuários de um produto quando integrado em alguma edificação. Como os requisitos dos usuários são, em parte, determinados por aspectos culturais, pelo estágio de desenvolvimento regional e até mesmo pelas condições ambientais regionais (JOHN, 1995), os critérios de avaliação não podem ser considerados fixos. Na metodologia clássica de avaliação de desempenho, apenas as necessidades dos usuários finais são enfatizadas. Embora do ponto de vista social este aspecto seja o mais importante, para o produto vencer no mercado, ele também deve atender às necessidades dos usuários intermediários, projetistas e construtores, integrando-se aos processos de trabalho e adequando-se à capacitação dos recursos humanos. A avaliação da adequação na fase de projeto e construção pode ser feita por projetos de aplicação piloto, devidamente monitorados e acompanhados. Essas aplicações piloto também podem ser utilizadas como base para a realização de ensaios de desempenho tradicional em condições reais de utilização, com grande ganho na sensibilidade para as interfaces entre o novo produto e a estrutura construída. A Tabela 8 apresenta a lista de necessidades dos usuários da ISO 6241, ampliada pelo autor e colaboradores, em função, particularmente, da evolução dos conceitos relativos ao desenvolvimento sustentável. Essa lista é voltada exclusivamente para produtos aplicados a edifícios. Para outras aplicações, como pavimentações, a metodologia genérica precisa ser desenvolvida. Existe grande quantidade de ensaios de desempenho adequados à análise de novas tecnologias destinadas a diferentes empregos em edifícios e mesmo em outras funções já normalizadas em âmbito internacional, particularmente pela UEATc. De uma forma geral, esses ensaios buscam simular condições de uso e podem não ser adequados às condições brasileiras. Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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Tabela 8 – Requisitos do usuário, com base na ISO 6241, com exceção dos apresentados em itálico, que são ampliação proposta pelo autor e por John, Kraayenbrink e Van Vamelen (1996)

Durabilidade é um aspecto fundamental no desempenho do produto, afetando o custo global da solução e o impacto ambiental do sistema. Adicionalmente, no caso de produtos contendo resíduos, as transformações que o produto irá sofrer ao ser exposto às condições ambientais (clima e microclima) e a ações de uso poderão facilitar a liberação de fases contaminantes através da lixiviação, por exemplo. Van Der Sloot, Heasman e Quevauviller (1997) demonstram que mudanças no pH produzidas por carbonatação do sistema afetam significativamente a composição dos lixiviados do produto.

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A avaliação da durabilidade não pode ser baseada na experiência passada com materiais tradicionais, porque, em muitas situações, mecanismos de degradação de materiais tradicionais podem ser inócuos ou até benéficos ao novo produto. Avaliar a durabilidade é tarefa das mais complexas. Ela envolve um entendimento do desempenho do produto, conhecimento científico do novo produto, caracterização do ambiente onde o produto estará exposto e de como a capacidade de desempenho será afetada pela interação entre produto e ambiente ao longo do tempo. A metodologia consolidada pelo CIB W80/RILEM (JOHN, 1987), e otimizada na seqüência pelo comitê ISO TC 59/SC 3 WG9 (SORONIS, 1996), é a ferramenta mais adequada. A avaliação da durabilidade inicia-se pelo entendimento dos fatores de degradação do produto, compreendido como todos os agentes capazes de provocar transformações no produto, de tal ordem que afetem o seu desempenho ou a sua capacidade de impacto no ambiente e os mecanismos pelos quais estes agem. Trata-se de conhecimento específico de ciências de materiais. A ASTM 632 E apresenta uma lista de fatores de degradação, incluindo fatores de carga, fatores ambientais, fatores biológicos e fatores de uso e incompatibilidade física ou química com os produtos Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


do entorno (Tabela 9). Haagenrud (1997) apresenta detalhes de formas de caracterização de fatores de degradação ambientais. Entendidos os fatores e mecanismos de degradação relevantes nas diferentes aplicações do produto, são realizados ensaios de envelhecimento natural, envelhecimento acelerado e envelhecimento em uso. O primeiro objetivo desses ensaios é confirmar os mecanismos de degradação previstos. Uma vez confirmados esses mecanismos de degradação, são selecionados indicadores de degradação, variáveis mais facilmente quantificáveis, que permitem acompanhar a evolução da degradação com o tempo e que podem ser correlacionadas com o desempenho do produto, e os ensaios prosseguem. Atualmente, está disponível uma rede de quatro estações de envelhecimento natural financiadas pelo programa HABITARE. Nessas estações, localizadas no campus central da USP, em São Paulo, na FURG, no Rio Grande (RS), no campus da USP de Piracicaba (SP) e no campus da UFPA, em Belém (PR), é possível expor produtos para acompanhar o efeito dos diferentes climas na degradação do desempenho. O objetivo final do estudo de durabilidade é estimar a vida útil, definida como o período durante o qual o produto vai apresentar desempenho satisfatório, nas diferentes condições de uso. Trata-se de um processo complexo e demorado, no entanto fundamental (SJÖSTRÖM, 1996).

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Tabela 9 – Fatores de degradação segundo a ASTM 632 E

Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos


6.2 Análise da sustentabilidade Uma determinada técnica de reciclagem só pode ser justificada se, quando avaliada, aumentar de forma geral a sustentabilidade da sociedade, quando avaliada, ponderando aspectos das dimensões ambiental, social e econômica. Não se dispõe de metodologia consolidada para julgar a sustentabilidade social, mas ela envolve aspectos relativos à comunidade imediata, à geração de empregos e renda, à melhora da eficiência de uso de recursos públicos escassos. Esses são aspectos relevantes para a sociedade, e a reciclagem freqüentemente traz benefícios nessa área. Já a análise da sustentabilidade do ponto de vista ambiental possui técnicas de avaliação mais consolidadas. Assim, são ambientalmente vantajosas tecnologias de reciclagem para as quais as análises do ciclo de vida demonstrarem que, naquela situação específica, a reciclagem é a alternativa de gestão de menor impacto ambiental, do berço ao túmulo (TUKKER; GIELEN, 1994). Uma questão importante no longo prazo, não considerada na análise do ciclo de vida, é o risco de a reciclagem contaminar progressivamente o meio ambiente pelo espalhamento e diluição de contaminantes persistentes produzidos pela ação do homem na natureza e pela lixiviação dos contaminantes e subseqüente contaminação da água.

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O espalhamento e diluição dos contaminantes dentro de materiais de construção civil não é, em si, um problema durante a fase de uso dos materiais, mas ao final da vida útil será gerado um volume de resíduo de demolição superior ao original e mais contaminado que os resíduos de construção tradicionais. Subseqüentes ciclos de demolição e reciclagem em que o RCD é sempre incorporado em um novo produto contendo mais resíduos podem levar a concentrações crescentes. Conseqüentemente, em certas situações, a reciclagem somente será desejável do ponto de vista ambiental se a destinação futura de resíduos de construção for controlada (HARTLÉN, 1995). 6.2.1 Análise do ciclo de vida

A análise do ciclo de vida (ACV) consiste no inventário quantitativo e qualitativo de todos insumos consumidos e dos resíduos sólidos e demais poluentes liberados no ambiente, durante todo o ciclo de vida do produto ou serviço, incluindo a(s) fase(s) de uso e demolição e destinação dos resíduos (SCHUURMANS-STEHMANN, 1994; LEACH; BAUEN; LUCAS, 1997). A metodologia, em seus termos gerais, está Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


consagrada na série de normas ISO 14040 a 14043, mas a maioria dos trabalhos acadêmicos adota como referência a metodologia da SETAC (1994). A análise típica do ciclo de vida compreende as seguintes etapas: (a) definição do objetivo; (b) definição da abrangência e da unidade funcional; (c) inventário; (d) avaliação dos impactos; (e) interpretação ou decisão; (f) análise crítica; e (g) relatório. A seguir, os aspectos mais pertinentes ao problema de reciclagem de resíduos são discutidos brevemente. 6.2.1.1 Objetivos

No processo de pesquisa e desenvolvimento do novo produto contendo resíduos, a ACV é fundamental para: (a) a tomada de decisão entre diferentes alternativas na fase de desenvolvimento; (b) a identificação dos impactos mais relevantes do processo de produção, permitindo dirigir esforços para o aperfeiçoamento do desempenho ambiental do novo produto; (c) a demonstração de que o processo de reciclagem é a alternativa que oferece o menor impacto ambiental; e (d) a obtenção de certificados ambientais ou selos verdes como parte da estratégia de mercado. 6.2.1.2 Definição da abrangência e unidade funcional

A quantificação dos impactos é feita sempre para uma unidade funcional do produto, ou seja, x kg de NOx para cada m² de telha produzida ou por tonelada de produto. A definição de qual será a unidade funcional é fundamental. A definição da abrangência do estudo é aspecto importante, porque a cadeia de impactos se estende infinitamente. É obvio que a fabricação do pneu do caminhão que transportou a matéria-prima entre o local de geração do resíduo e a planta de reciclagem contribui para o impacto ambiental. Mas também é muito provável que esse impacto seja apenas marginal. Lipiatti (1998) sugere que a árvore de inventário de impactos prossiga enquanto os impactos considerados apresentarem participação relevante (a) na massa do produto, (b) no consumo de energia do produto e (c) como critério de desempate no custo do produto. 6.2.1.3 Inventário

Nesta etapa devem ser quantificados os consumos de matérias-primas, água e energia, e todas as emissões, para o ar, água, solo, incluindo os resíduos sólidos gerados. A Figura 18 resume o fluxo a ser quantificado em cada fase do ciclo de vida, planejamento, projeto, produção de materiais, extração de matérias-primas, montagem, uso, manutenção, reabilitação, desmontagem, reciclagem dos produtos finais (Figura 19). Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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Figura 18 – Fluxos importantes em cada etapa do ciclo de vida de um produto ou serviço (adaptado de LIPIATTI, 1998)

Quando se trata do desenvolvimento de um novo produto, não é possível a obtenção de dados reais de processo. No entanto, pela consulta a bibliografias, bases de dados e até mesmo a especialistas nas diversas áreas do conhecimento, é sempre possível reunir dados quantitativos e qualitativos que permitam orientar o processo de decisão. A Agência Ambiental Européia, por exemplo, possui publicação atualizada regularmente, que é um guia para a estimativa de emissões para diferentes atividades industriais (Emission Inventory Guidebook). A Environmental Protection Agency (EPA), dos EUA, também publica inventários e fatores de emissões para diferentes atividades industriais (http://www.epa.gov/ttn/chief/index.html). É importante ter em mente que esses dados são valores típicos, e de países estrangeiros, e que a situação em análise pode ser substancialmente diferente. Agências ambientais brasileiras devem ter também seus próprios critérios.

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O estabelecimento de que impactos devem ser inventariados é sempre motivo de discussão, mas, de forma geral, eles são relacionados às grandes questões ambientais. A partir de Schuurmans-Stehmann (1994) e Lipiatti (1998), é possível apresentar a seguinte lista de impactos, agregados em torno dos grandes temas ambientais: a) matérias-primas consumo de recursos naturais renováveis; consumo de recursos materiais não renováveis; b) poluição geração de gases do efeito estufa; potencial de acidificação; Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


geração potencial de nutrientes indesejáveis; destruição da camada de ozônio; liberação de substâncias tóxicas para os usuários; liberação de substâncias tóxicas para o ambiente, calor desperdiçado; radiação; c) resíduos geração de resíduos tratados; geração de resíduos não tratados; resíduos químicos; d) efeitos que causam desconforto odores; ruídos; calamidades; e) energia consumo de fontes de energia não renováveis; consumo total de energia; f) capacidade de reutilização possibilidades de reutilização integral do produto; possibilidade de reutilização de componentes; g) possibilidade de manutenção h) vida útil Os impactos de consumo de energia e o impacto ambiental associado à geração de energia dependem fundamentalmente do processo de geração. Energia solar e hidrelétrica, por exemplo, representam impacto no efeito estufa muito inferior ao obtido pela queima de combustíveis fósseis (SCHUURMANS-STEHMANN, 1994). A liberação de substâncias tóxicas para o ambiente e para os usuários deve ser analisada quando se trata de produto a ser aplicado em edifícios sob o ponto de vista de qualidade do ar interno (LIPIATTI, 1998) e também de produtos lixiviados que vão contaminar o meio ambiente (HARTLÉN, 1995). Estes dois aspectos não fazem parte da abordagem clássica da análise do ciclo de vida, mas sua introdução na ferramenta é possível. Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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Um dos problemas mais complexos quando se trata de reciclagem é o critério de alocação de impactos ambientais associados ao processo produtivo que gerou o resíduo (NEWEL; FIELD, 1998; EKVALL; FINNVEDEN, 2001). Os critérios de alocação apresentados na ISO 14040 não são suficientes para resolver o problema. Uma hipótese freqüentemente adotada é a da alocação zero: todos os impactos associados ao processo produtivo que gerou o resíduo são de responsabilidade dos produtos deste processo. Os resíduos entram no novo processo produtivo com impacto zero, uma vez que, se não reciclados, representarão impacto negativo na forma de aterros e demais atividades de gestão. O problema dessa abordagem é que não credita o gerador do resíduo (mesmo o pós-consumo) pelo fato do seu resíduo ser reciclado ou reciclável (NEWEL; FIELD, 1998), a não ser na medida em que elimina os impactos associados à gestão do resíduo. Por outro lado, se for adotada a alocação, é necessário que seja definido um critério adequado e os interessados na discussão encontrarão sugestões de como realizá-lo nos artigos citados e em muitos outros. Por se tratar ainda de tema complexo e polêmico, justifica-se o uso do critério de alocação zero, prática utilizada na maioria das análises realizadas envolvendo reciclagem. 6.2.1.4 Análise dos dados

Dado o grande número de variáveis analisadas, torna-se difícil a seleção da alternativa mais conveniente, uma vez que a alternativa A pode ter uma contribuição menor para o efeito estufa, enquanto a alternativa B, constituída quase que exclusivamente de matérias-primas recicladas, preserva os recursos naturais.

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A forma usual de contornar este problema é a agregação dos diferentes impactos, ponderando-se a sua importância relativa. Para os gases do efeito estufa existem dados científicos que fornecem o potencial de contribuição para o aquecimento global de cada gás. Há ainda alguma incerteza na determinação desses dados. Por exemplo, o potencial de contribuição para o aquecimento global de um quilograma de metano equivale a 24,5 kg de CO2 para Lipiatti (1998) e a 21 kg de CO2 para um horizonte de 100 anos segundo a EPA (2002). Esse fator de ponderação permite calcular o efeito final de um conjunto de emissões. No entanto, nem sempre existem dados para essa agregação (SCHUURMANS-STEHMANN, 1994). Quando se trata da comparação entre duas ou mais alternativas, é sempre mais conveniente reduzir o impacto ambiental a um número único. Isso pode ser realizado ponderando-se os grandes temas segundo sua importância relativa, em processo de análise hierárquica (ver item 4.2.2) Os fatores de ponderação vão depenColetânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


der da agenda ambiental local. Glaumanns e Trinius (1997) e Lipiatti (1998) discutem de forma mais abrangente os fatores de ponderação. A autora também apresenta as ponderações propostas pela EPA, Universidade de Harward. Evidentemente que a ponderação adotada vai influenciar no resultado, e esta tem sido uma fonte de crítica para a ACV (LEACH et al., 1997). Todo esse processo de agregação/ponderação pode ser utilizado na análise. Nenhuma bibliografia consultada menciona diretamente a integração dos resultados do estudo de lixiviação na análise do ciclo de vida. No entanto, os produtos lixiviados podem ser considerados emissões para o ambiente durante a fase de uso, da mesma forma que Lipiatti (1998) considerou os compostos orgânicos voláteis. 6.2.2 Lixiviação de espécies químicas

Para a análise dos riscos de contaminação ambiental, devido à interação da água com produtos contendo resíduos, foi desenvolvida uma grande quantidade de testes baseados nos diferentes testes de lixiviação (HILLIER et al., 1999). A maioria desses testes foi originariamente pensada para analisar a lixiviação de resíduos dispostos em aterros. Os ensaios mais famosos são os das normas holandesas (NEN 7343, NEN 7349 e NEN 7341). Além desses ensaios de laboratório, é também possível, em muitas situações, realizar medidas de campo onde se simulem as condições de uso do novo produto. Essa abordagem foi adotada por Engelsen et al. (2002) para estudar o potencial de contaminação de agregados de resíduo de construção e demolição, em combinação com ensaios de laboratório. Na análise de uma alternativa de reciclagem, é interessante investigar a lixiviação em pelo menos duas situações: durante a fase de uso; e quando o material eventualmente for colocado em um aterro. Nessas duas situações, tanto as condições ambientais quanto a forma do produto são diferentes, visto que o resíduo é normalmente triturado no processo de deposição do aterro. A proliferação de testes tem levado a dificuldades práticas, como a impossibilidade de comparação de resultados e a dificuldade de aceitação de produtos entre regiões que adotam diferentes testes. Dada a importância do tema, atualmente existem grupos de trabalho tanto na ISO quanto na Comissão Européia de Normalização (VAN DER SLOOT et al., 1997). As diferenças entre os testes hoje empregados são muitas, incluindo pH da água de lixiviação, grau de agitação do meio, relação entre sólido e líquido, etc. Alguns métodos buscam investigar o equilíbrio ou semi-equilíbrio entre o resíduo e a Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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água, outros forçam a percolação da solução lixiviante, e há métodos que admitem que a solução lixiviante seja freqüentemente renovada. Como conseqüência, materiais contendo resíduos são muitas vezes submetidos a testes que não se aproximam das condições reais, aquelas às quais o material vai ser submetido durante o seu ciclo de vida (HILLIER et al., 1999). No Brasil, há pouca experiência em testes de lixiviação além do especificado na norma NBR 10005. Cavalcante e Cheriaf (1996) apresentam um resumo da metodologia que talvez seja o primeiro trabalho publicado no Brasil a respeito do tema. A necessidade de que o teste de lixiviação simule as diferentes condições que o produto vai enfrentar durante todo o seu ciclo de vida é, atualmente, defendida pelos especialistas reunidos na comissão da Comunidade Européia (VAN DER SLOOT et al., 1997), como também por autores como Hartlén (1995) e Hillier et al. (1999). Esta tarefa é complicada, uma vez que, na natureza, a lixiviação poderá durar centenas de anos, e o ensaio deve ser acelerado. O ensaio também dificilmente será capaz de simular a complexidade dos fenômenos que ocorrem na natureza. A lixiviação envolve os seguintes fatores: (a) contato das superfícies externas ou internas do material com a água; (b) dissolução de fases em velocidades diversas; (c) reações químicas complexas influenciadas pela composição da água e seu pH, presença eventual de complexantes, carbono dissolvido, disponibilidade de oxigênio; (d) adsorção superficial dos produtos; e (d) transporte da água contendo as espécies lixiviadas para o meio externo. Todos esses fenômenos ocorrem simultaneamente a outros que vão introduzir alterações no produto, como, por exemplo, a carbonatação.

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A lixiviação se dá por meio de vários mecanismos. A percolação da água causa a lavagem e dissolução superficial em todos os materiais. Em materiais porosos a água pode penetrar por absorção capilar e, a seguir, ser transportada por difusão de vapor. Um mecanismo de lixiviação é a difusão como descrita pela Lei de Fick. Em materiais cuja porosidade seja tal que resultem extremamente permeáveis, a água percola dentro dos poros da mesma forma que o faz nas superfícies, e o mecanismo de lixiviação é o descrito pela Lei de Darcy (VAN DER SLOOT et al., 1997). A forma do produto é fundamental no processo de lixiviação. Mantido constante o material e a água, quanto maior a relação entre área superficial e volume mais importantes são os fenômenos superficiais e a velocidade de percolação da água, e vice-versa. Assim, em materiais granulares – que no caso de materiais de construção Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


são essencialmente os agregados – os efeitos superficiais são relativamente mais importantes que nos produtos monolíticos. No entanto, um mesmo material muda de forma durante o seu ciclo de vida, incluindo eventuais reciclagens. Todos os produtos, ao final de sua vida útil, correm o risco de serem reduzidos à forma granular para possibilitar a reciclagem ou a deposição em aterro. As condições de exposição variam no decorrer do ciclo de vida, como também variam entre as diferentes aplicações de um mesmo produto. Alguns componentes são protegidos da chuva durante a utilização, mas, eventualmente, poderão ficar expostos à chuva após a sua remoção do edifício. Para alguns produtos, que ficam estocados ao ar livre, o período de estocagem pode resultar em contaminação significativa.

Figura 19 – Ciclo de diferentes produtos durante o ciclo de vida

Assim, o estudo da lixiviação de um mesmo produto vai exigir uma série de ensaios diferentes, simulando as diferentes formas e condições de exposição durante o seu ciclo de vida (VAN DER SLOOT et al., 1997). Dada a influência da porosidade no processo de lixiviação, a análise do impacto ambiental de componentes confeccionados com concreto contendo resíduos, cuja porosidade é controlada pela relação entre água e cimento, consumo de cimento e condições de compactação, torna-se ainda mais complexa. Hohberg e Schiessl (1997) investigaram a influência do traço e diferentes relações entre água e aglomerantes para concretos e argamassas contendo escória e cinzas volantes. O estudo mostrou que a lixiviação em todas as situações foi muito baixa, mas que argamassas resultaMetodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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ram em maior lixiviação que concretos. A influência da relação entre água e cimento foi variável, dependendo da espécie química em questão. Para Van Der Sloot et al. (1997), a água lixiviante deve ser similar àquela prevista nas condições de uso. Hejlmar et al. (1994) utilizam água do mar e água com composição similar a de chuva para verificar o risco de contaminação do oceano pela utilização de cinzas da calcinação do resíduo sólido municipal. Janssen-Jurokovièová et al. (1994) compararam resultados de ensaios de lixiviação do tipo coluna, com pH 4, com resultados da lixiviação das cinzas volantes em condições reais de aterro por quatro anos, e concluíram que as diferenças são significativas, particularmente devido a diferenças do pH da água e ausência de envelhecimento da cinza volante. 6.2.2.1 Métodos de ensaio

Da bibliografia consultada é possível concluir que ainda não existem métodos de ensaios consagrados para diferentes situações. Mas em termos gerais, quando se trata de análise de produtos contendo resíduos, constata-se uma preferência pelos testes holandeses. Para materiais granulares utilizados na construção de estradas, por exemplo, está disponível o teste de coluna (NEN 7343). Para materiais monolíticos existem vários testes em utilização, inclusive alguns que simulam chuvas em fachadas. Mas, certamente, o mais aceito é o teste do tanque (NEN 7345), detalhado por Van Der Sloot et al. (1994). O método do tanque consiste em submergir cubos de 10 cm de lado do material com volume de água cinco vezes maior que o volume do material. A água é substituída após 2, 8, 24, 48, 102, 168 e 384 horas e analisada. Hohberg e Schiessl (1997) apresentam resultados de programa interlaboratorial que avaliou diferentes parâmetros desse teste.

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Uma das vantagens do teste para materiais monolíticos é o fato de permitir identificar o mecanismo de lixiviação predominante (VAN DER SLOOT et al., 1997). Caso o mecanismo seja o de difusão, é possível estimar os coeficientes de difusividade (De, m2.s-1) da Segunda Lei de Fick para as diferentes espécies químicas lixiviadas, e a partir deste a densidade de fluxo de íons por unidade de área superficial (J, mmol.s-1.m-2)

Equação 3 Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


onde: Sa é quantidade do elemento disponível para ser lixiviado, determinada pelo teste de disponibilidade (NEN 7241); e t é o tempo (s). O teste de disponibilidade para a determinação de Sa é realizado com material finamente moído (95% passante na peneira 125), em uma relação entre líquido e sólido de 50. Inicialmente, é feita uma lixiviação com pH 7 e a seguir com pH 4 (VAN DER SLOOT et al., 1994). No entanto, Van Der Sloot et al. (1997) argumentam o pH do ensaio deve ser mantido próximo das condições efetivas a que o material vai estar submetido. Hohberg e Schiessl (1997) estudaram o efeito da variação do pH neste tipo de ensaio, inclusive usando água desmineralizada (método DIN 38414 T4). Van Der Sloot et al. (1997) também apresentam uma solução que dispensa a estimativa de Sa, que é substituído pela concentração da espécie lixiviada no material original (So, mmol.m-3):

Equação 4

onde: a é um coeficiente adimensional denominado fator de lixiviabilidade; e Te o coeficiente de transporte efetivo (m2.s-1). Uma vez estabelecida a densidade de fluxo J e conhecida a área de contato do produto com a água, é teoricamente possível estimar a quantidade de produtos lixiviados e incluir essas emissões na inventário do ciclo de vida. No entanto, na prática, a situação é mais complicada. Grande esforço de pesquisa está sendo despendido para verificar a aderência entre os resultados dos testes de lixiviação e os resultados reais de uso. Bloem, La Mmers e Tamboer (1994) correlacionam os ensaios de lixiviação com testes em tamanho real, fazendo paredes. Janssen-Jurokovièová, Hollmann e Schuiling (1994) analisaram cinzas volantes, entre outros. Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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A lixiviação de materiais permanentemente submersos provavelmente segue a Segunda Lei de Fick. Já no caso de lixivação das chuvas, provavelmente é governada por dois mecanismos, ciclos de molhagem e secagem na camada externa e difusão para profundidades maiores; e provavelmente os ensaios com corpos-de-prova submersos, como os do tanque, não sejam os mais adequados para estruturas submetidas a ciclos de molhagem e secagem. Outro ponto que vem merecendo crescentes esforços é o de modelagem dos processos de lixiviação (VAN HERCK et al., 1997; MOSZOWICZ et al., 1997). Uma das vantagens potenciais da modelagem é que, uma vez caracterizados os parâmetros básicos da lixiviação, será possível, por simulação, estimar a lixiviação em diferentes condições de exposição (ciclos de molhagem e secagem, condição submersa, etc.) e para diferentes geometrias do produto. No entanto, muita pesquisa deverá ser realizada para que esse objetivo seja atingido. Poucos dados estão disponíveis sobre a lixiviação de compostos orgânicos de materiais de construção, embora estes sejam importantes. Wahlström et al. (1994) apresentam metodologia e alguns resultados experimentais. Andersson (2002) demonstrou que parte significativa das substâncias orgânicas tóxicas presentes nos aditivos para concretos é lixiviada.

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Além da incorporação dos dados da emissão à análise do ciclo de vida, é tendência de órgãos de proteção ambiental limitar emissões máximas para autorizar um processo de reciclagem. Um dos aspectos mais polêmicos é o estabelecimento de limites ambientais aceitáveis para a lixiviação (VAN DER SLOOT et al., 1997). Para os mesmos autores, os limites vão depender das aplicações, especialmente aquelas relacionadas ao estoque e condução de água potável. Outra abordagem é a que limita a emissão prevista em função da alteração que ela provoca na composição química do solo (HARTLÉN, 1995). Hejlmar et al. (1994) apresentam critérios para determinar os limites de contaminação na água. O decreto holandês que normaliza o efeito ambiental dos materiais de construção especifica que a estimativa de lixiviação em um prazo de 100 anos não pode resultar em um aumento maior do que 1% (massa) no teor dos poluentes (VAN DER POEL, 1997). Segundo Van Der Poel (1997), esta nova legislação barrou a utilização de cinzas volantes como base de pavimentação. Em todas as situações é necessário que sejam estabelecidas as concentrações originais no solo. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


6.2.3 Exemplo - Efeito da reciclagem no impacto ambiental do cimento Portland

Carvalho (2002) utilizou a análise do ciclo de vida para medir o impacto ambiental da substituição do clínquer Portland por escória granulada de alto-forno e cinza volante, da forma como é realizada pela indústria cimenteira brasileira. O estudo envolveu o levantamento das emissões aéreas típicas e máximas das fábricas brasileiras bem como dados internacionais. Para estimar o consumo de energia elétrica e de combustível e também transformar as concentrações de produtos nas emissões gasosas para a unidade funcional de tonelada de cimento, foi realizada a simulação de uma planta industrial típica brasileira utilizando dados de projeto do fabricante mais importante no mercado brasileiro. Como combustível orgânico foi adotado o pet coke, padrão atual nas indústrias brasileiras. A autora adotou alocação zero, ou seja, os resíduos chegam à indústria cimenteira sem impacto ambiental. Devido à ausência de dados confiáveis sobre distâncias e modalidades de transporte, não foi incluído o impacto do transporte dos resíduos até a fábrica e tampouco desta para o local de consumo.

Tabela 10 – Efeito da substituição do clínquer por adições em diferentes cimentos brasileiros

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A Tabela 10 resume os resultados obtidos. O principal impacto ambiental da produção do cimento é no efeito estufa. Tanto o NOx como o CO2 são gases que contribuem para o efeito estufa e são originados essencialmente na produção do clínquer. O CO2, o principal gás do efeito estufa, é originado pela decomposição do calcário (CaCO3 a CaO + CO2-) e também pela oxidação do combustível. O NOx é originado no combustível e depende de muitos fatores operacionais da fábrica, apesar do seu valor estar abaixo de 2 kg por tonelada. No entanto, o potencial do efeito estufa de 1 kg de NOx equivale a aproximadamente o efeito de 310 (EPA, 2002) e Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos


320 kg de CO2 (LIPIATTI, 1998). Assim, embora sua taxa de emissão seja pequena, a contribuição desse gás para o efeito estufa é significativa (Tabela 10 e Figura 20).

Figura 20 – Efeito da substituição do clínquer no potencial de efeito estufa (toneladas equivalentes de CO2)

SOx e NOx também contribuem para a acidificação do meio ambiente, um problema regional. A liberação de material particulado afeta quase que exclusivamente o ambiente local. Apesar da abordagem simplificada adotada pela autora, o trabalho demonstra claramente a magnitude das vantagens ambientais que a reciclagem de escórias de alto-forno e cinzas volantes oferece. 6.3 Viabilidade econômica

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A especificidade da determinação da viabilidade econômica de um produto contendo resíduo é pouco estudada, e o único artigo sistemático localizado na busca bibliográfica foi o de Vrijling (1991). Uma das condições para viabilizar o novo produto no mercado é que seu preço de venda seja competitivo com a solução técnica já estabelecida, ou seja, inovador e que não possua concorrentes no mercado. Para atrair o interesse do gerador do resíduo sob o estrito ponto de vista financeiro5 , a reciclagem precisa reduzir os

Podem existir outros atrativos, como melhoria na imagem da empresa, decisões estratégicas, etc., que também podem ser considerados, dependendo do caso. 5

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custos com resíduo, incluídos custos decorrentes da necessidade de mudança de tratamento do resíduo de forma a adequá-lo à reciclagem. De forma global, o investimento realizado na reciclagem deve oferecer uma taxa de retorno atrativa (ROCHA LIMA, 1996). A viabilidade de um determinado processo de reciclagem é, então, uma equação de cunho essencialmente local, pois os preços dos produtos e custos de deposição em aterros são definidos localmente. Também neste sentido, a simples importação de experiências entre diferentes países ou regiões é inadequada. Essa situação também revela que o aumento dos custos de deposição em aterro pela criação de impostos é uma política pública eficiente para incentivar a reciclagem (HARTLEN, 1995). Países como Holanda (LAURITZEN, 1998) e Inglaterra, por exemplo, adotam essa política. Como o preço do novo produto é dado pelo preço praticado pelo concorrente no mercado, em algumas situações a reciclagem somente será viabilizada se o gerador do resíduo remunerar os serviços da empresa beneficiadora (JOHN, 1996; SCHULTZ; HENDRICKS, 1996). Nesta situação, apesar da reciclagem, o resíduo continuará a apresentar valor negativo para o seu gerador (VRIJLING, 1991). No entanto, como a oferta do resíduo é inelástica com relação à demanda6 (VRIJLING, 1991), admitindo-se competição perfeita, um eventual aumento na demanda pelo resíduo vai provocar um aumento no seu preço (Figura 21). Por outro lado, esse aumento no custo do insumo não pode ser repassado para o preço do novo produto, já que é limitado pelo preço dos concorrentes. Caso a demanda pelo novo produto não seja elástica, o aumento da oferta ocasionará uma redução do seu valor de mercado, tornando a situação ainda mais grave. Esse comportamento aumenta significativamente os riscos de um investimento em um processo de reciclagem. Uma forma de contorná-lo é pelo estabelecimento de contratos de fornecimento do resíduo de longa duração a preços controlados, que garantam o retorno do investimento necessário a taxas suficientemente atrativas.

Segundo Vrijling (1991), em algumas situações, a redução de custo do processo primário que gerou o resíduo pode permitir um ganho de competitividade, que pode levar a um ganho de mercado e conseqüente aumento na geração do resíduo. 6

Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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Uma forma mais sofisticada dessa abordagem parece ser a estratégia de a empresa geradora do resíduo tornar-se sócia no empreendimento de reciclagem. Essa estratégia foi adotada pela British Steel, fabricante de aço, que se aliou ao grupo Tarmac, um conglomerado com múltiplos interesses na Construção Civil inglesa, para criar a East Coast Slag Products, voltada para a reciclagem de escórias de alto-forno e aciaria.

Figura 21 – Gráfico Preço x Oferta para resíduos e Preço x Demanda para o novo produto em um mercado competitivo (VRIJLING, 1991)

Uma forma de romper a limitação de preço é posicionar o produto em um nicho de mercado onde apresente melhor desempenho. No entanto, a demanda nesses nichos tende a ser mais inelástica e o preço fica mais sensível ao crescimento da oferta (VRIJLING, 1991). É nesta condição de mercado que deverá ser julgada a viabilidade econômicofinanceira da reciclagem. A atratividade da reciclagem como negócio será garantida se propiciar rentabilidade ou taxa de retorno superior às alternativas existentes (ROCHA LIMA, 1996; JOHN et al., 1994). O cálculo da taxa interna de retorno em determinado prazo requer a simulação da atividade financeira do empreendimento. 60

Os fluxos financeiros envolvem: a) investimentos iniciais pesquisa e desenvolvimento; de montagem da fábrica; b) despesas de custeio custos direto de produção (matérias-primas, incluindo eventual pagamento pelo resíduo, energia); despesas de administração; aluguel; Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


fundo de reserva; publicidade; eventuais incentivos fornecidos para atrair clientes (VRIJLINK, 1991); c) receitas preço de mercado descontados os impostos e as margens de venda e distribuição; eventual pagamento dos custos de reciclagem. Como o preço de mercado é dado, o objetivo do estudo é verificar o período necessário para o retorno do capital investido a diferentes taxas, conforme exemplo da Figura 22. Os dados de preço desta figura refletem um estudo de caso real de avaliação de viabilidade econômico-financeira dos painéis IPT/IDRC que utilizam cimentos de escória de alto-forno, sem clínquer e resíduos de fibra de coco como reforço (JOHN et al., 1994).

Figura 22 – Determinação do prazo de retorno do investimento a diferentes taxas de retorno para produto com determinado preço líquido de mercado fixo

A análise da sensibilidade a variações dos componentes importantes, como preços de insumos, especialmente do resíduo, e preços de venda do produto, fornece subsídios adicionais para a tomada de decisão. 6.4 Transferência da tecnologia A reciclagem vai ocorrer apenas se o novo material entrar em escala comercial. Assim, a transferência da tecnologia é uma etapa essencial do processo. Para ela, o preço do produto é importante, mas não é suficiente. Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos

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Existem muitas tecnologias que, embora excelentes do ponto de vista do desempenho técnico, nunca chegam ao mercado. Mesmo atualmente, na maioria dos países, inclusive no Brasil, as cinzas volantes e as escórias de alto-forno não são recicladas em sua totalidade. Isso ocorre apesar de estarem sendo exploradas como matérias-primas pela Construção Civil há 50 e 100 anos, respectivamente (CLARKE, 1994). Provavelmente, esses dois resíduos são aqueles que têm sido objeto do maior número de pesquisas e têm suas vantagens ambientais demonstradas de maneira abrangente. O conceito de sinergia através de resíduos, apresentado pelo BCSD-GM (1997), sugere que o sucesso da reciclagem vai depender também da colaboração entre os diversos atores do processo: geradores do resíduo, potenciais consumidores do resíduo, agências governamentais encarregadas da gestão do ambiente e das instituições de pesquisa envolvidas. Em uma abordagem mais simplificada, o projeto de desenvolvimento de painéis de cimentos de escória reforçados com fibras de vidro E, como anteriormente descrito, está sendo realizado através de um projeto cooperativo, envolvendo produtores dos resíduos incorporados, fabricantes da matéria-prima complementar, fabricantes de equipamentos de produção, empresas interessadas na produção do material e a universidade. Esta colaboração ou parceria entre os atores deverá ocorrer preferencialmente desde o momento em que a pesquisa for iniciada.

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Se a colaboração entre os parceiros é importante, ela não é suficiente. É necessário convencer os consumidores finais e, no nosso caso, projetistas e construtores civis, de que o novo produto apresenta alguma vantagem competitiva e baixos riscos técnicos e ambientais (VRIJLING, 1991). É necessário vencer o presumível preconceito contra materiais de segunda mão ou segunda qualidade (VAN DER ZWAN, 1997), explorando o lado ecológico da reciclagem. Nemers (1997), que realizou para a OECD um estudo internacional sobre reciclagem na pavimentação rodoviária, ressalta o papel das autoridades responsáveis pela regulamentação da construção, que precisam modificar suas normas de forma a admitir o emprego do novo material. Para Vrijling (1991), “[…] incentivos adicionais ou compartilhamento de risco com os possíveis clientes […]” podem ser necessários para facilitar a entrada do novo produto no mercado. Ne Mmers (1997) sugere que a realização de aplicações de demonstração, difusão dos conhecimentos através de documentação e publicações devem fazer parte de um plano de transferência da tecnologia. Naturalmente, a difusão através de documentação e publicação somente será convincente se houver documentação consistente que prove as vantagens do novo Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


material do ponto de vista técnico e ambiental, e a constância do padrão de qualidade ao longo do tempo. A colaboração na fase de pesquisa e desenvolvimento com uma universidade ou instituto de pesquisas, com reputação de excelência no mercado, certamente auxilia no convencimento de que o produto foi adequadamente desenvolvido. Adicionalmente, a obtenção de um documento de Aprovação Técnica, uma ferramenta de certificação de terceira parte para produtos inovadores, oferece ao consumidor uma garantia de que esta qualidade será mantida ao longo do tempo (HEWLET, 1996). Para vencer a resistência do mercado, um bom ponto de partida é o Estado utilizar seu poder de compra, estratégia adotada na Holanda (VAN DER ZWAN, 1997). A transferência de tecnologia é uma das fases mais importantes para o sucesso de todo o processo. Ela deve ser planejada anteriormente. Essas atividades vão significar custos que necessitam ser adequadamente amortizados (VRIJLING, 1991).

7 Conclusões A transformação de um resíduo em um produto comercial efetivamente utilizado pela sociedade oferece grandes oportunidades para aumentar a sustentabilidade social e ambiental, mas oferece também significativos riscos ambientais e para a saúde dos trabalhadores. Um processo de pesquisa e desenvolvimento que reduza os riscos ambientais e de saúde e que aumente a probabilidade de um novo produto com resíduo ter sucesso no mercado é tarefa complexa e envolve conhecimentos multidisciplinares. Essa complexidade aponta para a necessidade de desenvolvimentos de projetos de pesquisa na área de reciclagem mais complexos, envolvendo maior número de pesquisadores de diferentes especialidades.

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Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos


Janaíde Cavalcante Rocha é engenheira civil pela Universidade Federal de Goiás – UFGO (1988). É mestre em Ciências e Técnicas Ambientais pela École Nationale des Ponts et Chaussées – ENPC (1991), em Paris, França. Doutora em Engenharia Civil pelo Institut National des Sciences Apliquées – INSA de Lyon, na França (1995). No período de 1997 a 2003, esteve em diversas missões no URGC – Matériaux INSA de Lyon, como cooperação de pesquisa CAPESCoffecub. É professora da Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, onde atua na graduação e pós-graduação, na área de Materiais e Processos Construtivos. Coordena o Laboratório ValoRes (Valorização de Resíduos na Construção Civil e Desenvolvimento de Materiais) do Núcleo de Pesquisa em Construção – NPC. Tem diversos artigos publicados em periódicos nacionais e internacionais e em congressos nacionais e internacionais, e publicação de livro na área de Reaproveitamento de Resíduos. E-mail: janaide@npc.ufsc.br

3.

Malik Cheriaf é engenheiro civil pela École Nationale des Travaux Publics Alger, na Argélia (1986). Obteve o título de mestre (1987) e doutor (1993) no Institut National des Sciences Apliquées de Lyon, França. Em 1998, concluiu o pós-doutorado na Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC na área de Valorização de Resíduos. Na área didática, iniciou sua carreira na UFSC como professor visitante em dedicação exclusiva, dedicando-se tanto à graduação como à pós-graduação. Atua na área de Materiais e Componentes da Construção, Valorização de Resíduos e Desenvolvimento de Softwares relacionados ao Ambiente Construído. Coordena o sistema do Centro de Referência e Informação em Habitação – Infohab. E-mail: malik@infohab.org.br

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Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


3.

Aproveitamento de resíduos na construção Janaíde Cavalcante Rocha e Malik Cheriaf

Introdução

A

abordagem do tema “Reaproveitamento de Resíduos na Área do Ambiente Construído” revela uma importante reversão no nível de prioridade que o assunto normalmente preenchia, não apenas na concepção e pro-

dução da edificação, mas dentro das cadeias produtivas do setor da Construção Civil. A legislação própria relacionada aos resíduos gerados pelo setor estabelece a responsabilidade pela geração ao que antes era conhecido apenas por entulho ou “bota-fora de obra”. Por outro lado, com o desenvolvimento da consciência do setor em relação aos problemas ambientais que o cercam, tem-se hoje uma consciência da necessidade de desenvolvimento de materiais e processos construtivos que não causem danos ao homem e ao meio ambiente. A importância do aproveitamento de resíduos em uma coletânea voltada para a habitação de interesse social deve-se basicamente a dois fatores: - a possibilidade de desenvolvimento de materiais de baixo custo a partir de subprodutos industriais, disponíveis localmente, através da investigação de suas potencialidades; e Aproveitamento de resíduos na construção

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- a interface direta do setor da Construção com a cadeia produtiva fornecedora de insumos, bem minerais, e, indiretamente, através do potencial uso de materiais e processos que causem mínimo impacto na cadeia produtiva. No presente capítulo encontram-se: alguns conceitos usados para a terminologia do aproveitamento de resíduos, aspectos relacionados à geração dos resíduos; a identificação de assuntos que merecem atenção prioritária; e recomendações que poderão ser adotadas para o aproveitamento de resíduos como materiais de construção.

Conceituação Alguns conceitos são apresentados visando a um melhor enquadramento quanto ao aproveitamento de resíduos como materiais de construção, conforme segue abaixo e ilustra o esquema da Figura 1. - Recuperação: retirada do resíduo do seu circuito tradicional de coleta e tratamento. Exemplo: recuperação de PET, papéis, do sistema de coleta formal, ou ainda de lodos de tratamento de efluentes destinados à eliminação em aterros controlados. - Valorização: dar um valor comercial a um determinado resíduo. Exemplo: vidros para a produção de silicatos e vitrocerâmicos. - Valorização energética: utilização do poder calorífico dos resíduos. Exemplo: casca de arroz usada no processo de beneficiamento e secagem do arroz, madeiras destinadas à queima em caldeiras, incorporação de lodo em matrizes para redução dos tempos de queima, visando à eficiência energética. 74

- Reciclagem: introduzir o resíduo no seu ciclo de produção em substituição total/parcial de uma matéria-prima. Exemplo: areia industrial oriunda do processo de extração em pedreiras, reciclagem do resíduo de construção no concreto. - Reciclagem química: valorização sob a forma de produtos químicos. - Reemprego: novo emprego de um resíduo para uso análogo ao seu primeiro ciclo de produção. Exemplo: incorporação de argamassas ainda no estado fresco reprocessadas (moinho ANVAR) para produção de uma nova argamassa, uso da água de lavagem de caminhões-betoneiras na produção de concretos. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


- Reutilização: aproveitamento de um resíduo, uma ou mais vezes, na sua forma original, sem beneficiamento. Exemplo: reutilização da areia de fundição nos moldes.

Figura 1 – Esquematização dos processos de aproveitamento de resíduos (redução de matériaprima e eficiência energética)

Aproveitamento de resíduos As formas mais usuais de aproveitamento de resíduos, muitas vezes, foram realizadas baseando-se em aspectos qualitativos – como textura, forma, granulometria, cor, capacidade de aglutinar –, sem qualquer tipo de investigação que pudesse dar por embasamento características que fornecessem justificativas para avaliar o comportamento ao longo do tempo, causando não somente danos ao meio ambiente como expondo a edificação a riscos de contaminação, além do comprometimento devido à exposição. As formas adequadas de aproveitamento de resíduos, ou de subprodutos industriais, como matéria-prima secundária, devem envolver um completo conhecimento do processo as unidades de geração dos resíduos, a caracterização completa dos resíduos e identificação do potencial de aproveitamento, identificando as características limitantes do uso e da aplicação. Já para os resíduos originados pelo setor Aproveitamento de resíduos na construção

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da Construção Civil, durante as diversas etapas da construção, devem ser aprimoradas formas de minimização da geração, e quando possível a introdução dos resíduos no próprio processo ou unidade de serviço onde este foi gerado. Cabe salientar que, para as soluções visando ao reaproveitamento dos resíduos, existem tecnologias e procedimentos diversos, mais ou menos sofisticados, mãode-obra ou capital intensivos, processos importados e desenvolvidos no país. Sua escolha, entretanto, deve ser feita tendo em vista se atingir o aproveitamento ambientalmente adequado, ao menor custo possível, respeitando-se as características socioeconômicas e culturais de cada município. Visando a uma avaliação do potencial de aproveitamento de resíduos, Cheriaf et al. (1997) estabeleceram a necessidade de identificação dos parâmetros estruturais, geométricos e ambientais dos resíduos, conforme procedimento esquematizado na Figura 2, abaixo.

76 Figura 2 – Esquema geral para caracterização dos resíduos Fonte: Cheriaf et al. (1997)

a) Parâmetros estruturais: identificação e conhecimento da estrutura e composição dos resíduos através da realização de ensaios: análise química, difractometria aos raios X, análise térmica diferencial, condutibilidade térmica, perda de massa ao fogo. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


b) Parâmetros geométricos: identificação da morfologia e textura do resíduo, através das seguintes análises: microscopia eletrônica de varredura; granulometria; superfície específica; solubilidade e viscosidade. c) Parâmetros ambientais: identificação dos constituintes que podem ser potencialmente lixiviados e/ou solubilizados dos resíduos, pH. d) Outros parâmetros: identificação das propriedades relacionadas à unidade de geração do resíduo, e das formas de beneficiamento que podem ser associadas: reologia, presença de óleos, graxas, conteúdo orgânico, pureza, consistência, capacidade de retenção de umidade, capacidade de moagem.

Interface de Materiais – Sustentabilidade A interdependência dos conceitos de meio ambiente, valorização de resíduos, saúde e saneamento é bastante clara, e as ações nestes setores devem, portanto, ser integradas e voltadas, em última análise, para a melhoria da qualidade de vida da população brasileira. No que se refere ao aproveitamento de resíduos para desenvolvimento de materiais e processos construtivos, não há dúvida de que desconhecimento e aplicações inadequadas constituem um grave problema de risco para a população e para o meio ambiente. O conhecimento das propriedades requer ainda a identificação dos contaminantes presentes nos resíduos, principalmente quando há necessidade de um beneficiamento como calcinação ou exposição a elevadas temperaturas de queimas, que podem gerar uma poluição secundária, uma vez que a massa de resíduo, quando incorporada, por exemplo, a matrizes que sofrerão transformação térmica, pode liberar poluentes durante o processo de queima. O princípio de responsabilidade, atribuindo ao gerador a responsabilidade pelo seu resíduo, é um elemento facilitador no que tange às etapas de acondicionamento, transporte, tratamento, aproveitamento e destinação final. A participação da população, como futuros consumidores de materiais produzidos a partir de resíduos ou de matérias-primas secundárias, pode ser elemento Aproveitamento de resíduos na construção

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propulsor na aplicação de recursos públicos e no uso racional e eficaz de materiais usados nas habitações de interesse social. De todos os segmentos da Construção Civil, apesar ainda dos baixos níveis de desempenho, o que mais se desenvolveu e que teve mais abrangência quanto à aplicação dos conceitos de sustentabilidade foi o de materiais e componentes da construção. A explicação para esse fato é simples: a pressão exercida pelos órgãos de controle ambiental quanto a manuseio e destinação adequada dos resíduos gerados, os altos custos envolvendo a destinação final em aterros controlados e a pressão da população quanto à operação das atividades industriais em perímetros urbanos. Essa pressão, entretanto, é diferenciada, já que a regulamentação, o controle e a fiscalização da produção industrial competem aos estados. Essa pressão diferenciada pode ser exemplificada pelo fato de alguns órgãos de controle ambiental ainda permitirem estocagem dos resíduos no próprio processo industrial onde foram gerados, desde que acondicionados de forma adequada. Já a exigência de se eliminarem os resíduos em aterros industriais controlados é a forma como o estado interfere no problema, por intermédio dos seus órgãos de controle ambiental, exigindo dos geradores sistemas de manuseio, estocagem, transporte e destinação adequados. Logo, a indústria de transformação tem encontrado grandes dificuldades na disposição final dos resíduos gerados em seus processos produtivos, causando sérios problemas ambientais e crescentes incrementos nos custos industriais, por falta de soluções tecnológicas apropriadas e de instalações adequadas à eliminação dos resíduos. Por força dos organismos nacionais e internacionais de controle do meio ambiente, que ganharam grande importância com a Norma ISO 14000, a questão da reciclagem e reaproveitamento de resíduos passou a ser estratégica em termos das políticas econômica e industrial. 78

Estão sendo igualmente cada vez mais procuradas formas diversas e oportunidades de valorização de resíduos nos materiais e componentes de construção civil. A implantação de modelos de produção mais limpa em processos industriais tem sido também um importante elemento na minimização dos resíduos gerados, como também tem tornado possível uma intervenção dos centros de pesquisa na solução do problema e na identificação de matérias-primas secundárias para o desenvolvimento de materiais. Citando um exemplo, em Santa Catarina está havendo uma importante parceria da FIESC-IEL, Produção mais Limpa e os centros de pesquisa, Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


principalmente UFSC e UNESC, o que trouxe uma vantagem compartilhada por poucas instituições de pesquisa, pois esta está presente nas principais regiões catarinenses e apresenta um retrato global da produção industrial do estado, principalmente através dos programas de desenvolvimento regional. A indústria da Construção Civil apresenta-se, dentro deste contexto, com um grande potencial para a solução desses problemas, pela viabilidade que apresenta de incorporação desses resíduos nos materiais de construção, possibilitando, ainda, redução nos custos dos produtos da construção. Logo, o desenvolvimento tecnológico de processos associados à reciclagem de resíduos industriais passa a ter hoje enorme relevância. O aumento no descarte de rejeitos sólidos, bem como os problemas advindos da exaustão de matérias-primas naturais, vem impulsionando os estudos sobre o aproveitamento desses resíduos como novos materiais, reduzindo o seu impacto ambiental e viabilizando a redução de custos industriais e a criação de novos empregos. Quanto ao aproveitamento de resíduos como materiais de construção, só nos últimos anos iniciaram-se discussões mais consistentes do problema e do potencial de aproveitamento. Alguns centros de pesquisa, com maior capacidade instalada, conseguiram envolver os geradores de resíduos e aplicar os resultados em processos industriais. Entretanto, pontos delicados da questão precisam ser mais atacados: estabelecimento de normas e de procedimentos que auxiliem na validação dos materiais desenvolvidos com resíduos e mapeamento da disponibilidade dos resíduos. Além disso, a forma de avaliação do potencial de liberação de poluentes ainda não é consensual, tendo sido empregados os procedimentos estabelecidos para lixiviação e solubilização de resíduos. Salienta-se, além disso, que a análise de metais que compõem a concentração total de uma matriz necessita, muitas vezes, o acoplamento de duas ou mais técnicas, não sendo mais suficiente uma boa reprodutibilidade dos resultados, mas uma boa exatidão dos resultados analíticos (CURTIUS; FIEDLER, 2002). Atualmente, entretanto, na maioria das pesquisas apresentadas com o aproveitamento de resíduos, tem sido avaliado o enquadramento quanto à presença de contaminantes: resíduos perigosos (classe I), não inertes (classe II) ou inertes (classe III), NBR 10005, 10004, 10006. Cabe ressaltar, ainda, que existe uma discussão maior no meio técnico e científico sobre a adequação dos procedimentos estabelecidos pela norma para a classificação dos resíduos, que poderá trazer um novo enquadramento e mudanças nos critérios de análise. Aproveitamento de resíduos na construção

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Além da diversidade dos resíduos produzidos, função da atividade industrial, tem-se uma grande quantidade podendo ser investigada para uso como materiais de construção, como se pode depreender do Quadro 1, em anexo, espelhando a situação do estado de Santa Catarina. Como resultado, apenas uma pequena quantidade desses resíduos vem recebendo tratamento ou destinação adequados, com a principal parcela armazenada nas próprias instalações onde foram gerados. Há, portanto, uma grande parcela que pode ser avaliada e identificada como fonte de matéria-prima para a construção civil.

Conhecimento dos Processos O interesse pelos resíduos da construção civil está vinculado a dois motivos principais: primeiro, ao fato de a constituição química da grande maioria dos resíduos ser predominantemente de silicatos, aluminatos e óxidos alcalinos, os mesmos compostos que constituem a composição química básica dos materiais de construção; segundo, ao importante volume de resíduos disponibilizado anualmente nos processos, que podem ser usados como insumos básicos empregados na elaboração de materiais e componentes de construção civil. É de vital importância o conhecimento do processo de geração dos resíduos e o sistema de extração, manuseio e acondicionamento.

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Figura 3 – Fluxograma da geração das cinzas no complexo termoelétrico a carvão mineral (complexo Jorge Lacerda, SC)

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As cinzas pesadas são materiais que apresentam heterogeneidade em função do processo de produção e cuja composição dependerá do grau de beneficiamento e moagem do carvão, do projeto e tipo de operação da caldeira, do sistema de manuseio e da extração das cinzas. Devido a esses fatores, os resíduos oriundos da queima do carvão mineral vão apresentar variações em sua composição e nas propriedades físico-químicas quando comparadas entre usinas, ou, ainda, de uma caldeira para outra na mesma usina, ou, ainda, numa mesma caldeira em momentos diferentes.

Desenvolvimento dos Materiais Na Tabela 1 e na Figura 4, encontram-se apresentados os resultados que permitem a avaliação dos parâmetros da composição das cinzas, assim como principais características afetas devido ao processo de queima e extração em processos termoelétricos a carvão mineral.

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Tabela 1 – Parâmetro estrutural: composição química das cinzas coletadas

Aproveitamento de resíduos na construção


Da composição das cinzas coletadas em Jorge Lacerda, em diferentes caldeiras, tem-se a presença de: - quartzo (SiO2), designado por (1); e - mulita (Al6Si2O13), designada por (2). Já para as cinzas coletadas em Charqueadas, observam-se as fases: - quartzo (SiO2), designado por (1); - mulita (Al6Si2O13), designada por (2); - calcita (CaCO3), designada por (3); e - opalina (SiO2), designada por (4). Área específica: 12,85 m2/g Cinzas de Charqueadas (fração < 0,30 mm) Cinzas de Charqueadas (fração < 0,30 mm) Área específica: 1,14 m2/g

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Figura 4 – Parâmetros geométricos: Difratogramas de raios X – micrografias das cinzas

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As principais justificativas para análise e investigação dos resíduos exemplificados com uso das cinzas da extração úmida são: - disponibilidade; - fase vítrea de natureza silicoaluminosa; - capacidade de retenção de água, melhorando a qualidade dos produtos de hidratação; - adequação da granulometria para os agregados usados nos elementos de préfabricação. Das aplicações desenvolvidas, são apresentados quadros das aplicações desenvolvidas e traçadas considerações sobre as vantagens e inconvenientes dos materiais desenvolvidos, considerando os seguintes aspectos: - características técnicas; - características sociais; e - características econômicas.

83 Tabela 2 – Recomendações dos atributos considerados

Na seqüência das tabelas 3 a 6 são apresentados os principais atributos relacionados aos seguintes materiais desenvolvidos com resíduos: elementos pré-moldados (blocos estruturais, blocos de vedação, briquetes de pavimentação) e argamassas para revestimento pronta para o consumo, todos resultantes de pesquisas desenvolvidas no âmbito do programa HABITARE. Aproveitamento de resíduos na construção


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Tabela 3 – Aproveitamento das cinzas pesadas em elementos pré-moldados

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Tabela 4 – Aproveitamento das cinzas pesadas em concretos usinados

Aproveitamento de resíduos na construção


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Tabela 5 – Aproveitamento das cinzas pesadas em argamassas de revestimento

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Tabela 6 – Aproveitamento das resíduos de construção e demolição em argamassas

Aproveitamento de resíduos na construção


Conclusão As experiências bem-sucedidas de desenvolvimento de produtos para a construção civil com resíduos incorporados são impulsionadas, principalmente, pela legislação ambiental, e há uma verdadeira política visando a reduzir a eliminação direta de resíduos em aterros industriais ou sanitários, sem uma prévia valorização ou tratamento. Das pesquisas realizadas relacionadas à valorização das cinzas de termoelétrica, verificou-se que a participação do gerador no diagnóstico do seu processo, nos investimentos em pesquisa (programas ANEEL e HABITARE) foi fundamental no fortalecimento do núcleo e na parceira com as empresas, fabricantes de materiais de construção para uso das cinzas na produção dos materiais e elementos: blocos estruturais pré-moldados e briquetes de pavimentação, e escada pré-fabricada. A aplicação das cinzas em argamassas industrializadas demanda uma parceria tecnológica, uma vez que na região ainda é comum o uso de argamassas pré-misturadas. Verificou-se, porém, em processo industrial em São Paulo, que as cinzas usadas na préfabricação reduzem os custos de produção das argamassas de revestimento. A participação voluntária dos fabricantes de materiais foi estimulada pelo fato de as cinzas não serem monopólio de uma tecnologia, permitindo vislumbrar a oportunidade de investimento e adequação do processo para o aproveitamento das cinzas pesadas oriundas do complexo termoelétrico de Charqueadas. Há um grande potencial de estímulo à instalação de cooperativas para produção de fábricas com apoio das prefeituras municipais.

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Aproveitamento de resíduos na construção


ANEXO Quadro 1 – Atividades potencialmente poluidoras e utilizadoras de recursos ambientais

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Aproveitamento de resíduos na construção


Holmer Savastano Jr. é engenheiro civil pela Universidade de São Paulo – USP (1984). Obteve o título de mestre e doutor em Engenharia Civil também pela USP em 1987 e em 1992, respectivamente. Ainda na USP, em 2000, obteve a livre-docência na Escola Politécnica. No período de 1998 a 1999, esteve em Melbourne, Austrália, no Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) para seu pósdoutorado. Como pesquisador visitante esteve em 2002/2003 na Princeton University, EUA, e, em 1996, na Universidad Central de Venezuela. Atualmente é professor associado e vice-diretor da Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos da USP. É orientador na Pós-Graduação da UNICAMP. Atua nas áreas de Materiais e Componentes de Construção, Construções Rurais e Ambiência. É pesquisador-bolsista nível 2C do CNPq. E-mail: holmersj@usp.br

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4. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


4.

Sistemas de cobertura para construções de baixo custo: uso de fibras vegetais e de outros resíduos agroindustriais Holmer Savastano Jr.

Resumo

C

ompósitos à base de cimento não convencional têm sido alvo de estudos, há mais de 20 anos, de grupo de pesquisadores da Universidade de São Paulo, do Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola

Politécnica da USP e, mais recentemente, da Área de Construções Rurais e Ambiência, da Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos da USP. Propriedades físicas, mecânicas e microestruturais de fibrocimentos com reforço de fibras vegetais, tanto no curto como no longo prazo, são indicativos de sua adequação para uso em construções de interesse social. A escória de alto-forno é um subproduto siderúrgico largamente disponível e, uma vez moída e ativada com materiais alcalinos (cimento Portland, cal e gesso) e/ou termicamente, desenvolve hidratação semelhante ao clínquer. Países tropicais são produtores em potencial de fibras a partir de plantas fibrosas, como sisal, coco e banana. Uma única cooperativa baiana produz 30.000 t/ ano de bucha de campo de sisal, que permanece no campo por falta de valor comercial. Uma indústria de polpa celulósica de eucalipto, no Espírito Santo, gera 17.000 t/ano de fibra residual pronta para uso como reforço de matriz inorgânica. Sistemas de cobertura para construções de baixo custo: uso de fibras vegetais e de outros resíduos agroindustriais

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Telhas onduladas de 260 x 500 mm podem ser produzidas em indústrias de pequeno porte, com uso intensivo de mão-de-obra e sem necessidade de qualificação prévia, inclusive por meio de autoconstrução. Métodos produtivos para dispersão da fibra em solução aquosa e sua mistura com cimento, seguida de drenagem a vácuo e prensagem, dão origem a placas delgadas de desempenho elevado à flexão. Matriz de escória de alto-forno reforçada com polpa mecânica de sisal residual, obtida por meio desse processo otimizado, manteve mais de 70% de sua resistência mecânica, e até aumentou sua ductilidade, após dois anos de exposição em ambiente de laboratório. Sob a ação das intempéries de clima tropical, a perda de resistência, em dois anos, foi superior a 70% em comparação às idades iniciais, provavelmente por causa da carbonatação e/ou da lixiviação da matriz; já a energia absorvida teve perda de apenas 30% no mesmo período, o que indica a preservação das fibras no meio menos agressivo proporcionado pela matriz sem clínquer. Os resultados deste trabalho possibilitaram estudos subseqüentes, com enfoque científico, para aprimoramento do desempenho do compósito no curto e no longo prazos. Outros estudos avaliam o conforto térmico de sistemas de cobertura para habitações e instalações para animais. A transferência tecnológica será possível por meio de parcerias com a iniciativa privada, tendo em vista o aprimoramento do processo produtivo para aplicação em conjunto com as matérias-primas alternativas ao cimento-amianto.

1 Introdução

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Construção sustentável é um conceito ligado à preocupação crescente em todo o mundo, em vista da escassez de recursos naturais e de energia, geração de resíduos sólidos e emissão de gases. Existe substancial conhecimento de materiais e técnicas que envolvem construção de terra, plantas vegetais e cimento alternativo, e que poderia ser aplicado em construções não convencionais. Entretanto, as especificações de norma são demasiadamente centradas em materiais modernos e, em diversos casos, difíceis de serem observadas em situações específicas de obras rurais ou de habitações para atendimento de necessidades sociais urgentes (PLESSIS, 2001). Fibras naturais, como reforço de matrizes frágeis à base de materiais cimentícios, têm despertado grande interesse nos países em desenvolvimento, por causa de seu baixo custo, disponibilidade, economia de energia e também no que se refere às Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


questões ambientais. Segundo Swamy (1990), o emprego dos compósitos em placas, telhas de cobertura e componentes pré-fabricados pode representar significativa contribuição para o rápido crescimento da infra-estrutura desses países. Também nos países desenvolvidos, o uso de fibrocimentos que utilizam polpa celulósica como reforço tem sido consagrado, graças a constantes aperfeiçoamentos das matérias-primas, processos produtivos com consumo racionalizado de energia e custos de investimento cada vez menores (COUTTS, 1992). Estima-se que a produção mundial de compósitos cimentícios com reforço de fibras celulósicas, combinadas ou não a fibras plásticas, esteja ao redor de 430 milhões de m2 ao ano (HEINRICKS et al., 2000), produção essa localizada, em grande parte, nos EUA e na Europa (Tabela 1).

97 Tabela 1 – Produção mundial de placas de fibrocimento (HEINRICKS et al., 2000)

Atualmente, em diversos países, inclusive no Brasil, há uma crescente tendência de se rever a utilização de amianto crisotila, especialmente no reforço de matrizes de cimento, segmento responsável por mais de 70% do consumo mundial dessa fibra mineral. Como suporte para essa conduta, alegam-se graves problemas de saúde, com incidência preocupante, sobretudo, nos trabalhadores da indústria da construção (GIANNASI; THÉBAUD-MONY, 1997). Sistemas de cobertura para construções de baixo custo: uso de fibras vegetais e de outros resíduos agroindustriais


Reconhecidamente, o avanço da legislação contrária ao uso do amianto tem sido o principal indutor de novas tecnologias substitutas, as quais, via de regra, têm conseguido manter, com base em soluções tecnológicas inovadoras, a presença dos fibrocimentos no mercado da construção de diversos países. Como existe, no Brasil, uso considerável de fibrocimentos nas coberturas das habitações destinadas à população de baixa renda, em razão do menor custo que outras soluções construtivas (LEE, 2000), torna-se necessário o aprimoramento de uma alternativa durável e tecnicamente compatível com esse mercado consumidor. O presente trabalho apresenta uma síntese de estudos relacionados com a identificação e a adequação de resíduos, para uso como materiais de construção de baixo custo, conforme registrado em Savastano Jr. et al. (2001), Agopyan et al. (2000), Savastano Jr. et al. (2000c) e Savastano Jr. e Agopyan (1997). No que se refere aos materiais fibrosos, tais estudos abordaram produtos reforçados, esbeltos e moldáveis em painéis para usos múltiplos, como é o caso dos componentes de cobertura (SAVASTANO JR.; AGOPYAN, 1998). 1.1 Justificativas Apresentam-se diversos impactos previstos pelo presente trabalho no âmbito científico, tecnológico, social e ambiental. É fácil comprovar a necessidade de estudos que contribuam para o aprimoramento dos fibrocimentos no país, tendo por base as matérias-primas disponíveis, as linhas industriais existentes e as nossas peculiaridades climáticas. 1.1.1 Impacto científico 98

O uso de fibras naturais com matrizes à base de cimento para componentes de cobertura já foi objeto de diversos estudos (GUIMARÃES, 1990; AGOPYAN, 1988). O presente trabalho propõe ensaios mecânicos e físicos, bem como procedimentos de envelhecimento acelerado, para avaliação adequada do desempenho dos compósitos fibrosos reforçados com fibras de baixo módulo de elasticidade, ao longo de sua vida útil. Estudos da microestrutura do material servem para entendimento e adequação do seu comportamento macroscópico, e contribuem para a otimização dos fibrocimentos à luz da ciência dos materiais. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


1.1.2 Impacto tecnológico

A tecnologia de produção é um aspecto fundamental para a viabilidade dos fibrocimentos, em especial no que se refere a matérias-primas, processos e produtos desejados. Já se encontra depositada no Instituto Nacional da Propriedade Industrial a patente “Processo de obtenção de telha de fibrocimento com reforço à base de polpa celulósica, por meio de sucção de água e prensagem, e produtos assim obtidos” (INPI n. 0201204-9). 1.1.3 Impacto social

Telhados de fibrocimento constituem a solução de cobertura mais barata para habitações de interesse social, instalações rurais, galpões industriais e obras de infraestrutura, em comparação a diversos sistemas disponíveis no país com outros tipos de telha (ex.: cerâmicas, aço galvanizado, alumínio e de fibra vegetal em matriz betuminosa - Onduline®). As indústrias brasileiras de produtos de fibrocimento geram cerca de 10 mil empregos diretos e 200 mil empregos indiretos, com base em dados da Associação Brasileira das Indústrias e Distribuidores de Produtos de Fibrocimento (ABIFibro). As fibras vegetais não representam qualquer risco à saúde humana, ao longo das diversas etapas do ciclo de vida do material, desde a obtenção da fibra, produção do fibrocimento, instalação, uso, até a demolição da construção, se for o caso. 1.1.4 Impacto ambiental

As fibras celulósicas advêm de fonte renovável e são obtidas a partir de madeira de reflorestamento ou de plantas fibrosas abundantes em regiões de clima tropical. O emprego de cimentos compostos (com adições de material carbonático, escória de alto-forno e cinza pozolânica) permite a redução no uso de clínquer, com a conseqüente diminuição da energia gasta nos fornos rotativos das fábricas de cimento e na geração de CO2, o que vem reforçar a importância da reciclagem de resíduos (JOHN; ZORDAN, 2001; CINCOTTO et al., 1990). A substituição do amianto na fabricação de compósitos por fibras que não apresentam risco à saúde ocupacional é também um benefício importante. Sistemas de cobertura para construções de baixo custo: uso de fibras vegetais e de outros resíduos agroindustriais

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2 Aglomerantes alternativos Para viabilizar o emprego de fibras vegetais como reforço, são de interesse aglomerantes alternativos, à base de escória granulada de alto-forno, por exemplo, que podem apresentar alcalinidade menor que a do cimento Portland comum (OLIVEIRA, 2000). 2.1 Escória de alto-forno A escória de alto-forno é subproduto da fabricação do aço, de composição química similar à do cimento convencional. Submetida a resfriamento brusco, ela se torna granulada e apresenta propriedades aglomerantes. O parque siderúrgico nacional produz cerca de 27 milhões de toneladas de ferro-gusa ao ano, de acordo com dados do Instituto Brasileiro de Siderurgia (http://www.ibs.org.br, junho de 2002). Cada tonelada de ferro-gusa deixa como resíduo aproximadamente 330 kg de escória. Apenas parte dessa escória é consumida pelas indústrias de cimento, que a empregam como adição, sendo o acúmulo desse resíduo, estimado em cerca de 3 milhões de toneladas ao ano, um problema sério. As siderúrgicas vendem a escória básica granulada por menos de US$ 10,00 a tonelada (JOHN, 1995).

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Agopyan et al. (1990) analisaram escórias de três siderúrgicas nacionais (Cosipa, Usiminas e CSN), todas elas adequadas ao emprego como aglomerante. A hidratação da escória ocorre mais rapidamente em meio aquoso alcalino e/ou sob temperatura elevada. Os agentes que aceleram essa hidratação são o cimento Portland, a cal, a soda cáustica, a gipsita ou uma mistura destes. O melhor resultado do referido estudo foi obtido preparando-se um aglomerante com 88% de escória, 2% de cal hidratada e 10% de gipsita moída. A velocidade de endurecimento não teve relação linear com o teor dos ativadores adicionados. Argamassa na proporção 1:1,5 (aglomerante:areia) em massa, com índice de consistência (flow table) de 250 mm no estado recém-misturado, apresentou resistência à compressão axial de 14,4 MPa aos 28 dias de idade. O presente trabalho empregou cimento de escória básica granulada de altoforno (composição química na Tabela 2 e fase vítrea igual a 99,5% em massa, determinada por microscopia óptica), procedente da Companhia Siderúrgica Tubarão (CST), Espírito Santo, e moída até finura Blaine média de 500 m2/kg, utilizando-se um moinho laboratorial de cargas esféricas. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Tabela 2 – Composição química da escória granulada de alto-forno (% em massa) (OLIVEIRA, 2000)

Savastano Jr. et al. (2000b) moeram e testaram pó de granito (mais de 90% em massa passante na peneira de abertura 63 mm) proveniente do processo de britagem para produção de agregados. O filler resultante foi usado em conjunto com aglomerante à base de cimento Portland comum e de escória de alto-forno em duas formulações diferentes: 0,75:0,25 e 0,50:0,50 (aglomerante:filler). As matrizes obtidas apresentaram comportamento físico e mecânico aceitável para uso em fibrocimento alternativo com reforço de 4% em massa de fibra celulósica. Os melhores resultados dos compósitos foram associados à matriz com 25% de filler, com resistência à tração na flexão igual a 13,9 MPa para aglomerante à base de cimento Portland, e energia específica de fratura igual a 0,53 kJ/m2 para escória de alto-forno.

3 Fibras vegetais O estudo sistemático de fibras com finalidade de reforço de matrizes começou na Inglaterra, em 1970. No Brasil, a pesquisa pioneira coube ao Centro de Pesquisa e Desenvolvimento (Ceped), Camaçari, Bahia, com início em 1980 (BAHIA, 1985). Agopyan (1991), em seu trabalho a respeito do emprego de fibras vegetais como reforço de matrizes frágeis, relacionou 19 fibras potencialmente úteis para a construção civil. Savastano Jr. et al. (1998) apresentaram a síntese de visitas realizadas, no período de janeiro a agosto de 1997, com o objetivo de analisar o processo de cultivo, extração, beneficiamento e industrialização de fibras vegetais, tendo em vista a identificação e a quantificação dos resíduos gerados. Foram, ao todo, visitadas 23 empresas e 15 entidades de extensão e/ou pesquisa, assim localizadas: Sistemas de cobertura para construções de baixo custo: uso de fibras vegetais e de outros resíduos agroindustriais

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- Norte do Paraná: regiões produtoras e processadoras de rami (Boemmiria nivea); - Vale do Ribeira, SP: produção de banana cultivar nanicão (Musa cavendishii); - Aracruz, ES: fábrica de polpa de celulose de eucalipto (Eucalyptus grandis) para produção de papel; - Bahia e Paraíba: produção e processamento da fibra de sisal (Agave sisalana) e de algodão (Gossypium herbaceum); - Pernambuco, Sergipe, Ceará e interior de São Paulo: produção de coco (Cocos nucifera) e processamento da fibra extraída do fruto; - Valença, BA: extração e processamento da fibra de piaçava (Attalea funifera); e - Pará: regiões produtoras e processadoras de malva (Urena lobata). A partir das informações obtidas nas viagens técnicas, procedeu-se à classificação dos resíduos, com base nos seguintes critérios de seleção: - identificação geral da produção agroindustrial geradora de resíduos: caracterização dos produtos principais, região produtora, quantidades produzidas e operações envolvidas; - identificação dos resíduos: inter-relação com produtos principais, processos e/ ou operações; - quantidade disponível de resíduos: outras opções de uso, com respectivas demandas; - dispersão espacial dos resíduos gerados: aptidão a soluções regionalizadas e custos de transporte; - valor de mercado do resíduo; e - caracterização das matérias-primas e dos compósitos produzidos.

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Com base na pesquisa de campo, foram pré-selecionados alguns resíduos, em condições de disponibilidade imediata, para uso na construção civil: - bucha de campo do sisal – grande disponibilidade e pequeno interesse comercial, além de ser alternativa de complementação de renda para os produtores agrícolas. Existe a necessidade de a fibra passar por limpeza em peneira cilíndrica do tipo gaiola, conforme ilustra a Figura 1; - bucha de máquina da produção de baler twine – fibras isentas de pó residual e produção concentrada em pequeno número de empresas, o que facilita sua utilização. Entretanto, o tratamento utilizado é à base de óleo mineral, o que pode afetar as propriedades mecânicas da fibra e a aderência entre fibra e matriz; Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


- fibrinhas extraídas do pó residual do coco (Figura 2) – valor de mercado reduzido, com grande possibilidade de produção e aproveitamento atual quase nulo. Entretanto, necessita de separação do pó (cerca de 50% em massa) e secagem; - rejeito de celulose de eucalipto – valor de mercado quase nulo e grande disponibilidade. Desvantagem: o pequeno comprimento das fibras, inferior a 1 mm.

Figura 1 – Peneira rotativa para separação da bucha verde de sisal (SILVA; BELTRÃO, 1999)

Figura 2 – Resíduo de fibra de coco amontoado

Mais um resíduo também foi considerado de interesse pela sua potencialidade de uso no futuro: - fibra do pseudocaule da bananeira – grande disponibilidade, podendo ser extraída por processos elementares. Possível fonte alternativa de renda em região de pouco desenvolvimento econômico do estado de São Paulo, e ao mesmo tempo próxima a grandes centros urbanos. A Tabela 3, elaborada a partir de Savastano Jr. et al. (1997), contém as principais informações de interesse a respeito dos resíduos acima apresentados. Sistemas de cobertura para construções de baixo custo: uso de fibras vegetais e de outros resíduos agroindustriais

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Tabela 3 – Alguns resíduos oriundos do processamento de fibras vegetais

3.1 Propriedades físicas dos resíduos As principais propriedades físicas dos resíduos selecionados foram determinadas e estão listadas na Tabela 4.

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As fibras utilizadas no reforço de matrizes à base de cimento (ver item 4) foram picadas com guilhotina do tipo empregado para corte de papel, e seus comprimentos, determinados com o auxílio de uma régua de precisão 0,5 mm. A fibra da polpa de celulose, muito mais curta, teve seu comprimento medido pelo equipamento Kajaani FS-200, um analisador óptico automatizado, usual na determinação de propriedades físicas de fibras com menos de 7 mm de comprimento. Já o diâmetro de todas as fibras foi encontrado por meio de microscópio eletrônico de varredura DSM940A-Zeiss, com as amostras previamente metalizadas com ouro por 120 s num metalizador Balzers Union, MED-010. Os mesmos equipamentos e processo de preparo foram utilizados para obtenção de micrografias dos resíduos pré-selecionados, conforme exposto no item 3.2. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Tabela 4 – Propriedades físicas dos resíduos fibrosos

3.2 Análise microestrutural A micrografia da bucha verde de sisal (Figura 3) mostra a fibra recoberta por mucilagem, que pode atuar como retardador da pega de aglomerantes hidráulicos. Também aparecem fibrilas e estrias no sentido longitudinal da fibra. A bucha de baler twine, observada na Figura 4, apresenta grande alteração superficial da fibra, em vista dos processos mecânicos e do tratamento com óleo mineral. A fibra de coco (Figura 5) possui formato cilíndrico, estrutura externa fechada e pontuações superficiais, que auxiliam a ancoragem da fibra na matriz. O rejeito de celulose (Figura 6) apresenta morfologia diferenciada, com filamentos semelhantes a fitas retorcidas, provavelmente em decorrência da retração lateral irreversível que se observa nas fibras recicladas (McKENZIE, 1994).

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Figura 3 – Bucha verde de campo do sisal

Figura 4 – Bucha de máquina da produção de fio agrícola (baler twine)

Figura 5 – Fibra do pó residual de coco

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Figura 6 – Rejeito da polpa celulósica de eucalipto

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4 Matriz de cimento com reforço de fibra vegetal Este item traz exemplos de materiais à base de cimento reforçados com fibras naturais, produzidos por meio de processos de baixo custo e com potencial para construções destinadas a áreas de interesse social. 4.1 Telhas de cobertura Savastano Jr. et al. (1999) desenvolveram telhas de cobertura com base nas formulações indicadas na Tabela 5 e no processo Parry Associates (Reino Unido) para moldagem e adensamento por vibração, com uso intensivo de mão-de-obra (Figuras 7 e 8). A matriz de escória de alto-forno (composição química na Tabela 2) recebeu ativação de fosfogipso (sulfato de cálcio diidratado, composto de SO3 – 41,3%, CO2 – 0,26% e água combinada – 18,7%, resíduo de indústria de fertilizantes em Cubatão, SP) e cal hidratada CH-I (mais de 90% em massa de hidróxido de cálcio, classificação conforme a NBR-7175). A relação entre água e aglomerante (x) variou entre 0,40 e 0,48. O teor de fibra foi igual a 2% em massa do aglomerante. As telhas apresentam dimensões de 487 x 263 (medidas do molde plano), espessura média entre 7 e 9 mm, formato similar ao das telhas cerâmicas do tipo Romana, sendo necessárias 12,5 peças/m2 de telhado. Após 48 h, as telhas foram retiradas dos moldes e submetidas a cura úmida por sete dias, seguida de cura ao ar em ambiente de laboratório.

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Tabela 5 – Formulações e propriedades da argamassa de escória de alto-forno reforçada com fibras vegetais no estado recém-misturado

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Figura 7 – Transferência da telha para molde de formato ondulado

Figura 8 – Telha recém-fabricada sobre molde

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Com idades entre 60 e 70 dias a contar da produção, pelo menos 20 telhas de cada uma das três formulações de compósito descritas na Tabela 5 foram submetidas a envelhecimento natural, em Pirassununga, SP (latitude 21o59’S), numa bancada inclinada de 30o em relação à horizontal e voltada para a direção norte (Figura 9). O período de efetiva exposição foi de 16 meses, desde julho de 1998. As principais características climáticas do período foram temperatura média máxima em jan./fev. 99 = 27,3 oC, temperatura média mínima em jul. 98 = 17,6 oC, umidade relativa média máxima em fev. 99 = 86,6%, umidade relativa média mínima em ago. 99 = 54,5% e precipitação média no período = 1.514 mm/ano. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Figura 9 – Bancada de envelhecimento natural no Campus da USP de Pirassununga, SP

Para observação das propriedades mecânicas, adotou-se teste de flexão de três cutelos (vão inferior = 350 mm, velocidade de carregamento = 55 mm/min), adaptado de Gram e Gut (1994), conforme ilustra a Figura 10. Para tanto, adotou-se máquina universal de ensaios Emic, modelo DL-30000, sendo as telhas previamente imersas em água por, pelo menos, 24 h. A finalização do ensaio ocorre ao se constatar redução de 70% da carga máxima de ruptura, para cálculo da energia específica: energia absorvida (área sob a curva carga x deformação) dividida pela área da superfície de fratura conforme Eusebio et al. (1998). As propriedades físicas (empenamento, permeabilidade e absorção de água) foram determinadas de acordo com a norma NBR-13852-2, para telhas de concreto. O ensaio de permeabilidade consistiu em submeter a telha a uma coluna d’água de 250 mm pelo período de 24 horas (Figura 11), seguido da observação de umidade na sua face oposta.

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Figura 10 – Teste de flexão de uma telha aos 28 dias de idade

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Figura 11 – Ensaio de permeabilidade das telhas

A Tabela 6 apresenta os resultados físicos e mecânicos, estes últimos com coeficientes de variação da ordem de 30%, por causa das características e da distribuição heterogênea das fibras residuais empregadas.

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Tabela 6 – Efeito do envelhecimento nas propriedades das telhas à base de escória de alto-forno

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Para as séries ensaiadas aos 28 dias de idade (1 mês na Tabela 6), os resultados para as principais propriedades atenderam aos requisitos sugeridos por Gram e Gut (1994) para produtos similares: (a) o ensaio de permeabilidade não detectou geração de gotas na superfície inferior da telha; e (b) a carga máxima no ensaio de flexão excedeu 425 N, como recomendado para telhas de 8 mm de espessura ensaiadas na condição saturada. Além disso, o empenamento foi inferior a 3 mm, e a absorção d’água não excedeu 20% em massa após imersão por 24 h. A principal vantagem das telhas reforçadas foi o aumento de, pelo menos, 20% da energia absorvida em relação ao padrão sem fibras, o que é importante para se evitar ruptura frágil das telhas durante transporte e instalação, por causa dos esforços dinâmicos envolvidos. Em estudo similar a respeito de sistemas alternativos de cobertura (RAS TECHNICAL BULLETIN, 1994), argamassas de cimento Portland comum, reforçadas com 1% em volume de fibras de sisal cortadas, mostraram redução de 30% da resistência à tração na flexão, comparada à do padrão sem fibra, aos 14 dias de idade, e um aumento de até três vezes na resistência ao impacto. Resultados consideravelmente melhores para fibrocimentos poderiam ser esperados pelo uso de polpa celulósica, dispersão das matérias-primas em solução aquosa, drenagem a vácuo e prensagem, como exposto no item 4.2. Em vista da melhoria de desempenho obtida, o aumento no consumo de energia durante tais procedimentos parece justificável, desde que possível sua implementação, tanto tecnológica como economicamente. Séries ensaiadas após 16 meses de envelhecimento natural mostraram permeabilidade e absorção d’água aceitáveis, próximo do obtido nas séries testadas aos 28 dias de idade. Por outro lado, o desempenho mecânico mostrou considerável piora, com quedas aproximadas de 50% e 70%, respectivamente, de carga máxima e energia absorvida em comparação aos resultados iniciais (Tabela 6). A perda de resistência à tração na flexão dos materiais à base de escória foi também reportada por outros pesquisadores (WANG et al., 1995; AGOPYAN; JOHN, 1992) e interpretada como conseqüência da evolução do processo de carbonatação da matriz. Na atual pesquisa, a avaliação qualitativa com solução de 2% de fenolftaleína em etanol anidro atestou que os compósitos estavam carbonatados por completo no final do período de envelhecimento. Outro aspecto relacionado à perda de ductilidade do compósito pode ser a “petrificação” da fibra, conforme exposto em 4.1.1. A formação de produtos Sistemas de cobertura para construções de baixo custo: uso de fibras vegetais e de outros resíduos agroindustriais

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hidratados do cimento nos vazios da fibra pode levar à sua fratura frágil e à reduzida absorção de energia no estágio de pós-fissuração do compósito submetido à flexão. Em estudo similar de fibrocimentos curados ao ar, Bentur e Akers (1989) observaram que a “petrificação” da fibra pode acontecer sob condições favoráveis à carbonatação, provavelmente em razão do pH mais baixo do meio e da maior solubilidade dos produtos de hidratação. Por outro lado, a carbonatação deveria ser vista como um aspecto favorável à proteção de componentes não celulósicos (lignina, p. ex.) da fibra, contra o ataque alcalino (MARIKUNTE; SOROUSHIAN, 1994), o que parece não ter desempenhado efeito significativo nesta etapa do estudo. John et al. (1998) também apontaram que variações de volume das fibras, associadas a mudanças no seu teor de umidade, podem gerar danos generalizados na interface fibra–matriz, e assim contribuir para a piora do comportamento mecânico no longo prazo. 4.1.1 Análise da microestrutura do compósito

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Fragmentos das telhas produzidas foram analisados em microscópio eletrônico de varredura (MEV) Philips XL-30, usando imagem de elétrons retroespalhados (BSEI, abreviatura para backscattering electron image) e espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDS, abreviatura para energy dispersive X-ray spectroscopy). Esse tipo de imagem é apropriado para análise de superfícies planas e permite o contraste entre as diversas fases do compósito, pela diferença dos números atômicos: quanto menos denso o material, mais escura a imagem. A análise por EDS permite a rápida obtenção qualitativa da composição química de uma região selecionada (PADILHA; AMBROZIO FILHO, 1985). A preparação dos corpos-de-prova observou recomendações feitas por Savastano Jr. e Agopyan (1999) e envolveu impregnação por resina epóxi, lixamento seguido de polimento da superfície e aplicação a vácuo de camada condutora de carbono. A Figura 12 ilustra a seção transversal de uma macrofibra de coco em argamassa de cimento de escória. As células individuais aparecem intactas, mas com fissuras radiais intermediárias, como efeito de retração por secagem. A análise pontual por EDS na lacuna central da macrofibra (Figura 13) indica a incidência de diversos elementos químicos provavelmente provenientes de fases relacionadas à matriz de cimento, o que colabora com a suposição de ocorrência do fenômeno de “petrificação” das fibras (BENTUR; AKERS, 1989). Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Figura 12 – BSEI de fibra de coco em matriz de escória de alto-forno. Ponto 1: lacuna central da fibra; ponto 2: grão de cimento anidro. Idade de hidratação: 42 dias

113 Figura 13 – Análise de EDS da lacuna central da fibra de coco (ponto 1 na Figura 12)

A Figura 14 está relacionada ao ponto 2 da mesma micrografia e mostra o espectro de EDS de um grão anidro de escória (grãos cinza-claros na Figura 12). Embora nenhuma medida quantitativa possa ser inferida dessa análise, os picos registrados correspondem aos componentes principais da escória de alto-forno, conforme exposto na Tabela 2. Sistemas de cobertura para construções de baixo custo: uso de fibras vegetais e de outros resíduos agroindustriais


Figura 14 – Análise de EDS de grão anidro de escória (ponto 2 na Figura 12)

4.2 Placas prensadas Este item apresenta trabalho em parceria com o Forest Products Laboratory – Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), Austrália. Estudou-se o desempenho de matriz de cimento de escória de alto-forno reforçada com polpas celulósicas provenientes de resíduos fibrosos de sisal, segundo método de produção que simula, em escala laboratorial, o processo Hatschek, usual na indústria de placas de cimento amianto. A matriz escolhida foi de cimento de escória básica granulada de alto-forno (EAF, Tabela 2), ativada por gipsita (gesso agrícola) e hidróxido de cálcio, segundo a formulação 0,88:0,10:0,02 em massa, nesta mesma ordem. 114

As macrofibras residuais de bucha de campo de sisal (ver item 3) foram submetidas a processo laboratorial de polpação quimiotermomecânica (CTMP, abreviatura para chemi-thermomecanical pulping), conforme detalhado em Savastano Jr. (2000). As principais propriedades físicas da polpa celulósica estão sumarizadas na Tabela 7. A drenabilidade da polpa foi determinada conforme o método Canadian Standard Freeness (CSF), de acordo com a norma australiana AS-1301.206s-88. CSF é uma medida arbitrária associada à taxa inicial de retirada de água da polpa. Comprimento da fibra e teor de finos foram calculados pelo analisador óptico automatizado Kajaani FS-200. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Tabela 7 – Propriedades físicas da polpa e da fibra de sisal CTMP

Foram produzidas placas de compósito cimentício com dimensões 125 x 125 mm e reforçadas com 8% em massa de polpa, preparadas em laboratório por dispersão das matérias-primas em solução aquosa, drenagem a vácuo do excesso de água e prensagem a 3,2 MPa. Em seguida, realizou-se cura úmida por sete dias e cura ao ar até a realização dos ensaios mecânicos. O teor de fibras baseou-se em níveis ótimos de reforço definidos em etapa anterior do estudo (SAVASTANO JR. et al., 2000a). Ao se completar o período inicial de cura em ambiente saturado, as placas para ensaio aos 28 dias foram cortadas em corpos-de-prova com dimensões 124 x 40 mm, mantida a espessura original da placa de aproximadamente 6 mm. Esses corpos-de-prova (nove por série) passaram, então, para cura em ambiente controlado de laboratório (temperatura de (23 ± 2) °C e (50 ± 5)% de umidade relativa) até a realização dos ensaios mecânicos e físicos. Três séries de placas foram submetidas a envelhecimento natural por períodos de até dois anos sob clima temperado (37o49’S – Melbourne, Victoria, Austrália) e tropical (21o59’S – Pirassununga, SP, Brasil), com condições climáticas expostas na Tabela 8. Séries correspondentes foram mantidas continuamente no ambiente de laboratório pelos mesmos períodos, como padrões de referência. Ao final de cada período de exposição, as placas eram cortadas como descrito previamente, mantidas em laboratório por sete dias e, então, ensaiadas. 115

Tabela 8 – Médias climáticas

Sistemas de cobertura para construções de baixo custo: uso de fibras vegetais e de outros resíduos agroindustriais


O ensaio de flexão com três cutelos (vão inferior = 100 mm) foi utilizado para determinação da resistência à tração na flexão, módulo de elasticidade e energia específica de fratura, conforme detalhado por Savastano Jr. (2000). Compósitos fibrosos não envelhecidos apresentaram resistência à tração na flexão superior a 18 MPa, o que representa aumento de 120% em relação à matriz de escória sem reforço. Como mostrado na Figura 15, dois anos sob envelhecimento externo em clima tropical ou temperado resultaram em considerável perda de resistência, a qual caiu para aproximadamente 5 MPa no ambiente brasileiro. A perda de resistência, tanto em ambiente externo como de laboratório, deve estar relacionada à carbonatação da matriz de escória. Esse mecanismo consome íons cálcio dos produtos hidratados (WANG et al., 1995; TAYLOR, 1997) e causa, assim, o enfraquecimento do compósito. A partir de quatro meses de exposição em ambiente de laboratório, esse efeito tende a estabilizar-se, com resistência em torno de 70–75% da inicial. A maior severidade do envelhecimento natural parece relacionar-se aos danos causados à interface fibra–matriz (SAVASTANO Jr.; AGOPYAN, 1999) bem como à lixiviação da matriz pela água da chuva. Compósitos com reforço da fibra de sisal CTMP apresentaram módulo de elasticidade igual a 5,9 GPa aos 28 dias de idade, aproximadamente 50% do módulo da matriz sem reforço. Essa redução é associada ao baixo módulo das fibras vegetais e também ao aumento da porosidade em razão da inclusão de ar pelas fibras. O compósito com fibra de sisal teve seu módulo de elasticidade reduzido para o intervalo entre 2,1 e 3,3 GPa, após dois anos de exposição às intempéries ambientais.

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A energia específica de fratura é a propriedade da matriz que mais é aumentada pela presença das fibras de celulose. Como mostrado na Figura 16, após envelhecimento em ambiente natural ou em laboratório, os compósitos demonstraram ductilidade similar daquela aos 28 dias, com valor nunca inferior a 0,7 kJ/m2. A Figura 17 mostra micrografia da superfície de fratura do compósito com grande incidência de filamentos arrancados, o que justifica o seu comportamento dúctil. A integridade das fibras pode ser entendida pela baixa agressão alcalina promovida pela matriz de escória empregada (OLIVEIRA, 2000). Tolêdo Filho et al. (2000) e Bentur e Akers (1989), no entanto, notaram que compósitos à base de cimento Portland comum, com reforço de fibra vegetal, tornavam-se frágeis com o tempo e propuseram que esse fenômeno estaria diretamente relacionado à petrificação do reforço fibroso no interior da matriz. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Figura 15 – Resistência mecânica de EAF com sisal CTMP ao longo do tempo em diferentes ambientes

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Figura 16 – Energia de fratura de EAF com sisal CTMP ao longo do tempo em diferentes ambientes

Sistemas de cobertura para construções de baixo custo: uso de fibras vegetais e de outros resíduos agroindustriais


Figura 17 – Escória de alto-forno com reforço de fibra de sisal CTMP após 12 meses sob ação do ambiente em Melbourne, Austrália

5 Comentários adicionais Os estudos realizados mostram a possibilidade de se produzirem materiais de construção a partir de subprodutos que, se não aproveitados, são entulhos que poluem o ambiente (ar, água e solo). O uso desses resíduos permite a economia de matérias-primas convencionais, muitas vezes extraídas da natureza com riscos de degradação ambiental. A Construção Civil deve estar atenta aos aspectos negativos a ela associados, como o uso de matérias-primas não renováveis, o alto consumo de energia, a geração de entulho e a emissão de gases poluentes. Os problemas associados a materiais convencionalmente usados na construção podem constituir uma boa oportunidade para a proposta responsável de materiais substitutos considerados de maior sustentabilidade. Esse é o caminho seguido pelo presente trabalho, ainda em andamento, na substituição do amianto para produção de telhas e placas prensadas de fibrocimentos no Brasil. 118

Agradecimentos O estudo apresentado recebeu suporte das seguintes instituições: Fapesp (Programa Pite), Finep (Programa HABITARE), CNPq (Bolsa PQ) e Capes (Procad). O autor agradece, juntamente com a equipe executora, a colaboração dos alunos de graduação Leandro da Cunha (C.U. Moura Lacerda, bolsista FINEP) e Eliane G. Gatto (FZEA, Pibic-CNPq). Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


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Sistemas de cobertura para construções de baixo custo: uso de fibras vegetais e de outros resíduos agroindustriais


Claudio de Souza Kazmierczak é engenheiro civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS. Obteve os títulos de mestre em Engenharia Civil (na área de Construção) pela UFRGS, em 1990, e de doutor em Engenharia Civil pela Universidade de São Paulo, USP, em 1995. É professor titular da Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS, onde coordena o Laboratório de Materiais de Construção Civil. Atua nas áreas de Materiais e Componentes de Construção. Tem diversos artigos publicados em periódicos nacionais e em congressos nacionais e internacionais na área de Engenharia Civil. E-mail: claudio@euler.unisinos.br

5.

Andrea Parisi Kern é engenheira civil pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS (1995). Mestre em Engenharia Civil, na área de Construção, pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS (1999). Atualmente é doutoranda no Curso de Engenharia Civil da UFRGS. É professora do curso de graduação em Engenharia Civil da UNISINOS. Atua nas seguintes áreas: Materiais e Componentes de Construção, Avaliação de Imóveis, Gerenciamento e Economia das Construções, e Processos Construtivos. E-mail: apkern@euler.unisinos.br

Ivana Suely Soares dos Santos é engenheira civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN (1978). Mestre (1984) e doutora (1987) em Engenharia Civil pela Universidade de São Paulo - USP. É professora da Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS, desde 1992. Atua na área de materiais e componentes para construção civil, com ênfase em materiais cerâmicos e resíduos. E-mail: ivana@euler.unisinos.br.

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Marcus Vinícius Veleda Ramires é engenheiro civil pela Universidade Católica de Pelotas - UCPEL (1985). Mestre em Engenharia Civil, na área de Construção, pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul- UFRGS (1993). Doutor em Engenharia, na área de Ciência dos Materiais pela UFRGS (1997). Foi professor da Universidade Luterana do Brasil – ULBRA e atualmente é professor da Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS. Atuas nas áreas de Materiais Cerâmicos, e Materiais e Componentes de Construção. E-mail: marcus@euler.unisinos.br Heitor da Costa Silva é arquiteto pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos, 1982. Obteve os títulos de Especialista em Arquitetura Habitacional (PROPAR-UFRGS, 1986) e Doutor em Arquitetura, pela Architectural Association, School of Architecture, em Londres, em 1994. Atuou como professor e pesquisador na Universidade do Vale do Rio dos Sinos, entre 1996 e 2002. Atualmente é professor do Departamento de Arquitetura e do Programa de Pesquisa e Pós-graduação em Arquitetura, no Curso de Arquitetura da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. E-mail: heitor@portoweb.com.br

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5.

Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista Claudio de Souza Kazmierczak, Andrea Parisi Kern, Ivana Suely Soares dos Santos, Marcus Vinícius Veleda Ramires e Heitor da Costa Silva

Sobre o resíduo O processo de geração do resíduo

N

este trabalho é apresentada uma tecnologia para a reciclagem de resíduos de contrafortes termoplásticos laminados e impregnados, gerados pela indústria coureiro-calçadista, em compósitos com matriz de gesso refor-

çada com partículas de contraforte moído. O contraforte é um componente à base de polímeros utilizado na região do calcanhar do calçado, com a finalidade de armar, reforçar, dar forma, beleza e segurança, e buscar a perfeita reprodução da forma do sapato (LUZ, 1987). Os contrafortes termoplásticos são fabricados a partir de uma manta de tecido ou não-tecido, fornecida em rolos de um metro de largura, que é impregnada por resinas e recebe uma camada de adesivo hot melt em sua superfície. O material resultante é cortado em placas de 1,00 m de largura por 1,20 m de comprimento e possui gramatura variável, atendendo às necessidades dos vários tipos de calçados. O resíduo é gerado durante a operação de corte das placas com as navalhas. Como estas têm formato irregular, não é possível aproveitar a totalidade da placa, Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista

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gerando-se um resíduo entre um corte e outro denominado “esqueleto”. Esse material não é reaproveitado no processo, o que representa uma perda de mais de 20% da área inicial das placas e torna-se um resíduo sólido para a indústria. Nas Figuras 1 a 6 pode-se visualizar o processo de fabricação das peças de contraforte e a conseqüente geração de resíduos.

Figura 1 – Placa de contraforte termoplástico impregnado

Figura 2 – Navalhas para corte das peças de contraforte

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Figura 3 – Operação de corte das peças de contraforte em balancim manual

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Caracterização do resíduo Os contrafortes podem ser confeccionados a partir de vários materiais, tendo sido os contrafortes de ativação térmica (termoplásticos) os preferidos em todo o mundo (NIEWOHNER et al., 1991). Os contrafortes termoplásticos são classificados em dois grupos, em função do tipo de material de estruturação: impregnados (não-tecidos), produzidos em todas as empresas pesquisadas no âmbito do projeto, e laminados (tecidos), produzidos por poucas empresas, mas com crescente penetração no mercado.

Figura 4 – Vista em detalhe das peças de contrafortes

Figura 5 – Resíduo das placas de contraforte gerado na operação de corte das peças

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Figura 6 – Destino: aterro de resíduos industriais localizado na Região do Vale dos Sinos, Rio Grande do Sul, Brasil

Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista


No Brasil, a manta não tecida que estrutura os contrafortes impregnados é 100% poliéster, de filamentos contínuos e de baixa densidade. A coesão interna é obtida por processo mecânico (agulhagem), ou químico, por meio da adição de resinas. A matéria de base é um tereftalato de poliéster obtido por policondensação de derivados do petróleo. O principal fornecedor é a empresa Bidim, que o fornece pela denominação Bidim IR. Utiliza-se como impregnante o Látex SBR (resina de estirenobutadieno), e como hot-melt (adesivo que é aplicado na superfície do contraforte) o etil-acetato de vinila (EVA) com taquificante (em geral, polietileno). Segundo Scherer (1994), a manta tecida (utilizada em contrafortes laminados) é composta de fios obtidos a partir de fibras torcidas naturais, sintéticas ou mistas, dispostos de maneira a se obter um entrelaçamento entre os fios, formando uma base de armação. Os fios são processados em máquinas conhecidas como teares. Recebem, posteriormente, tratamento com as finalidades de tingimento e impregnação. No Brasil, o uso desse tipo de material é recente, sendo utilizado por poucas empresas. Devido ao uso restrito, a composição da manta tecida é considerada “segredo industrial”. Seu uso, entretanto, vem aumentando significativamente e estima-se que venha a dominar o mercado. Segundo o CTCCA (1994), como resinas de impregnação dos contrafortes termoplásticos, pode-se usar uma grande variedade de substâncias. As fórmulas de impregnação fazem parte do know-how dos fabricantes e não são reveladas. Entre as resinas utilizadas, podemos citar as acrílicas, elastômeros lineares, poliestireno (modificado por solvente), nitrocelulose, poliuretano e poliamidas. Caracterização química e microestrutura 128

A caracterização química dos resíduos de contrafortes utilizados na pesquisa foi baseada nas normas técnicas NBR 10004 - Resíduos sólidos, NBR 10005 Lixiviação de resíduos, e NBR 10006 - Solubilização de resíduos, e resultou na classificação dos resíduos de contraforte como pertencentes à Classe II - Resíduos não inertes, que, segundo a NBR 10004, “podem ter propriedades tais como: combustibilidade, biodegrabilidade ou solubilidade em água”. Os resultados obtidos e os teores máximos permitidos pelas normas para cada elemento determinado são apresentados na Tabela 1. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


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Tabela 1 - Resultados dos ensaio de lixiviação e solubilização

Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista


Pode-se constatar que os teores de elementos lixiviados e/ou solubilizados nas amostras de resíduos de contrafortes estão, em geral, abaixo dos limites especificados por norma. Os elementos que se encontram em quantidade superior à permitida são o fenol, sódio (Na) e surfactantes (detergentes), que se caracterizam por não serem biodegradáveis. A presença desses elementos nas quantidades encontradas, entretanto, não torna os resíduos de contrafortes tóxicos ou impróprios para uso em algum material de construção civil. A microestrutura dos resíduos foi analisada com auxílio de microscópio eletrônico de varredura (MEV) com imagens de elétrons secundários. Procurou-se analisar o material antes e após a moagem em moinho de facas, verificando se o processo de moagem modifica as características da estrutura do material. Foram preparados quatro tipos de amostras para análise: - amostra de placa de contraforte termoplástico impregnado (CTI), Figura 7; - amostra de placa de contraforte termoplástico laminado (CTL), Figura 8; - amostra de resíduo de contraforte termoplástico impregnado moído, Figura 9; e - amostra de resíduo de contraforte termoplástico laminado moído, Figura 10. A Figura 7 permite observar a microestrutura da placa de contraforte termoplástico impregnado, que é formada por uma manta não tecida com fibras dispostas de forma aleatória, impregnada em resinas sintéticas. Observa-se que na superfície de análise é possível identificar algumas fibras sem orientação, embebidas na resina, que forma uma película contínua. A imagem da Figura 8 mostra a microestrutura do contraforte termoplástico laminado. Vê-se nitidamente a estrutura deste material, que é um tecido laminado por resina. O desenho padrão do tecido é facilmente identificado, formado por fios (obtidos por fibras torcidas) entrelaçados entre si. Nesse caso, a resina de laminação está, na maior parte, no espaço entre o entrelaçamento dos fios. 130

As Figuras 9 e 10 mostram a estrutura dos materiais após a moagem, realizada em moinho de facas, visando a adicioná-los posteriormente na matriz de gesso. Em ambos os casos, fica evidenciado que a estrutura é alterada em decorrência da moagem sofrida. O contraforte termoplástico impregnado moído, mostrado na Figura 9, apresenta grande exposição de fibras desorientadas devido à “quebra” da resina de impregnação, que deixa de formar uma película contínua, descaracterizando totalmente a estrutura original do material da placa visualizada na Figura 7. A moagem do contraforte termoplástico laminado (Figura 10) também provoca alteração na esColetânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Figura 7 – Contraforte termoplástico impregnado. Aumento de 35x em MEV

Figura 8 – Contraforte termoplástico laminado. Aumento de 35x em MEV

Figura 9 – Contraforte termoplástico impregnado moído. Aumento de 35x em MEV

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Figura 10 – Contraforte termoplástico laminado moído. Aumento de 35x em MEV

Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista


trutura do material, percebendo-se desorientação das fibras que formam os fios do tecido. No entanto, a alteração da estrutura desse material parece ser menor, pois ainda é possível identificar, numa parte da amostra, a orientação dos fios do tecido. A análise microscópica dos materiais permite constatar a diferença de estrutura dos dois tipos de contraforte entre si, seja antes ou após a moagem, levando à expectativa de distinto comportamento dos compósitos com adição de resíduo de contraforte termoplástico impregnado com relação aos compósitos com adição de resíduos de contraforte termoplástico laminado. Resistência a tração Os ensaios de caracterização da resistência à tração dos contrafortes foram baseados na norma DIN 53328, uma vez que não existe norma brasileira. No ensaio, os corpos-de-prova são submetidos a esforço de tração, até a ruptura. A deformação no centro da área do corpo de prova é controlada mediante determinação da espessura. O ensaio foi realizado em três sentidos de carregamento: vertical, horizontal e oblíquo, nos contrafortes termoplásticos laminados; e vertical e horizontal nos contrafortes impregnados, conforme indicado na Figura 11.

132 Figura 11 – Sentido de corte dos corpos de prova nas placas de contrafortes para a realização do ensaio de resistência à tração

As Tabelas 2 e 3 demonstram os resultados de resistência à tração e o alongamento na ruptura obtidos. Os resultados mostram que os contrafortes dos tipos laminado e impregnado apresentam comportamento distinto quando submetidos ao ensaio de resistência à tração. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Tabela 2 – Resistência à tração e alongamento do contraforte termoplástico laminado

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Tabela 3 – Resistência à tração e alongamento do contraforte termoplástico impregnado

Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista


Observa-se que o contraforte termoplástico laminado apresenta tensões de ruptura semelhantes quando a carga é aplicada nas direções vertical e horizontal, enquanto, na aplicação de carga no sentido oblíquo, as tensões de ruptura se apresentam inferiores, cerca de 60% menores. Apresenta maior alongamento no sentido vertical, e menor alongamento nos demais sentidos. O comportamento pode ser explicado pelo material de estruturação desse tipo de contraforte, que é composto de manta tecida, com disposição dos fios nos sentidos horizontal e vertical, correspondendo aos sentidos de aplicação do carregamento que apresentaram maiores tensões de ruptura. A disposição dos fios nas duas direções é facilmente identificada na Figura 8. O contraforte termoplástico impregnado, por sua vez, apresenta o mesmo alongamento em ambos os sentidos de aplicação da carga. Entretanto, a tensão de ruptura é cerca de 50% maior no carregamento horizontal, comparada à tensão de ruptura verificada no carregamento vertical. Esse fato contraria as expectativas anteriores à realização do ensaio, baseadas nos dados encontrados na bibliografia e na descrição do material de estrutura desse tipo de contraforte, tido como uma manta não tecida, manufaturada com fibras aleatoriamente distribuídas. Essa distribuição aleatória das fibras, sem orientação preferencial, não indica sentido de maior ou menor resistência à tração, levando a supor que o material resiste de forma similar quando solicitado em qualquer direção. Tendo em vista os resultados obtidos, procurou-se o departamento técnico da empresa fabricante do material, o qual revelou informalmente que a manta utilizada para a fabricação dos contrafortes é manufaturada pelo processo de filamento contínuo, o qual “induz de forma sensível” a um direcionamento das fibras no sentido do comprimento do rolo, podendo, por isso, conferir maior resistência à tração quando o carregamento é realizado nesse sentido.

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No processo de reciclagem proposto neste trabalho, devido à forma aleatória como o resíduo é adicionado à matriz de gesso, não é possível conhecer de antemão o sentido de tração a que serão solicitados. Sob esse ponto de vista, os resultados obtidos mostram que ambos os tipos de contrafortes podem romper por tração quando submetidos a um carregamento superior a aproximadamente 9 N/mm2, e apresentam alongamento mínimo de 14%. Absorção de água A determinação da absorção de água foi realizada em uma amostra de resíduo moído, forma utilizada para adição na matriz de gesso, tendo em vista que o processo de moagem provoca a “quebra” da película das resinas de impregnação e laminação dos contrafortes, expondo as fibras de estruturação, conforme verificado na análise Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


microscópica. Experimentalmente, verificou-se que a exposição das fibras modifica de forma significativa o comportamento do material ante a absorção de água, se comparado à placa de contraforte, justificando a realização do ensaio em uma amostra de contraforte moído. Na Figura 12 é possível acompanhar a absorção de água dos dois tipos de contrafortes ao longo de dez minutos.

Tabela 4 – Absorção das amostras de contrafortes dos tipos impregnado e laminado

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Figura 12 – Gráfico do percentual de absorção de água dos resíduos

O contraforte termoplástico laminado moído absorve mais água, sendo o percentual total de absorção até o final do ensaio de 28,03%, enquanto o percentual total de absorção do contraforte termoplástico impregnado moído é de 20,35% nas Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista


mesmas condições. Em ambos, a absorção ocorre, quase na sua totalidade, nos dois primeiros minutos em contato com a água, concluindo-se que na moldagem do compósito a absorção de água irá ocorrer durante a mistura dos materiais. Biodeterioração Além da determinação das propriedades físicas e mecânicas do contraforte, foi realizado um estudo visando a determinar a durabilidade desse material. Essa análise exige, além do conhecimento de suas características químicas e de microestrutura, a identificação das características do ambiente ao qual o produto estará exposto, permitindo identificar os agentes que podem causar sua degradação. Para essa identificação, partiu-se do pressuposto de que o material será utilizado em componentes de vedação interna em edificações, não estando sujeito à ação direta da água ou intempérie. A partir de pesquisa bibliográfica, selecionaram-se os fungos encontrados com maior freqüência em materiais sintéticos, em especial aqueles que podem deteriorar esses materiais. Também foram identificados e cultivados outros tipos de fungos filamentosos, incorporados por contaminação durante o processo de geração de resíduos de contrafortes. Amostras de 1 cm2 de contrafortes dos tipos laminado e impregnado (contaminadas e sem aparente contaminação) foram colocadas sobre meio de batata-dextroseágar (BDA) em placas de Petri e incubadas a 28 ºC e fotofase de 12 h por oito dias. Os fungos filamentosos que cresceram sobre o meio de cultura foram transferidos para novas placas BDA com a finalidade de se obterem culturas axênicas. Após a replicagem, as placas foram colocadas em estufa de cultura por oito dias a 28 ºC e fotofase de 12 horas para, então, serem identificadas. 136

Constatou-se contaminação de diferentes microorganismos em todas as amostras analisadas, indicando que ela ocorre nas diferentes etapas do processo industrial de fabricação, corte e moagem de contraforte. A Tabela 5 apresenta a relação dos fungos isolados e identificados em placas com meio de cultura de batata-dextrose-ágar. Embora na maioria das amostras não houvesse contaminação aparente antes do ensaio, seus esporos deveriam estar em fungiastase, pois assim que entraram em contato com o meio de batata-dextrose-ágar começaram a desenvolver-se. O meio forneceu um substrato para os fungos e, ao mesmo tempo, um estímulo a seu crescimento sobre a maioria das amostras. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Tabela 5 – Fungos isolados e identificados em placas com meio de cultura BDA

Entre os gêneros de fungos encontrados, os mais representativos foram Penicillium (nas amostras de contraforte laminado) e Trichoderma, que cresceram sobre maior quantidade de amostras. Para determinar a influência da umidade na velocidade de crescimento das colônias, amostras de 1 cm2 de contraforte foram colocadas em câmaras úmidas previamente esterilizadas e mantidas à temperatura de 28 ºC e fotofase de 12 horas durante seis a oito dias. Após esse período iniciaram-se observações. Foi constatado que em todas as amostras de contraforte colhidas após a moagem houve crescimento de fungos sobre o papel filtro da câmara úmida, entretanto, sobre as amostras em si, o crescimento dos fungos não foi expressivo. Ficou evidente que o aumento da umidade e da temperatura favoreceram o crescimento dos referidos fungos. Em continuidade à pesquisa, amostras sem contaminação aparente foram colocadas em câmara tropical constituída de uma camada de 2 cm de solo, na qual foram adicionados 10 ml de suspensões (106 conídios/ml) de cada um dos fungos isolados das amostras: Cladosporium, Penicillium, Gliocladium, Trichoderma, Nigrospora e Rhizopus. Também utilizaram-se os fungos Aspergillus niger e Aspergillus flavus. A câmara foi mantida à temperatura de 28 ºC e fotofase de 12 horas, e a partir do oitavo dia iniciaram-se as observações diárias. Após dezessete dias de exposição em câmara tropical, foi averiguada ocorrência de manchas causadas por fungos em todas as amostras. Verificou-se também que Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista

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há uma diferença expressiva no tipo de fungo e na velocidade de crescimento entre os dois tipos de contrafortes utilizados. Entre os fungos identificados, os que mais preocupam são os fungos do tipo Cladosporium sp., que degradam tintas, epóxi, polietileno e polipropileno, os do tipo Fusarium, que decompõem plásticos, epóxi, polietileno e polipropileno, e os Penicillium, que podem decompor epóxi, polietileno, polipropileno e poliester (WAINWRIGHT, 1995). Com o objetivo de verificar se a proliferação de fungos pode deteriorar os resíduos de contraforte, analisaram-se algumas amostras de contraforte após a cultura. Nessa análise, procurou-se verificar como ocorre o crescimento das colônias e seus efeitos na microestrutura do material. A Figura 13 mostra o aspecto de uma amostra de contraforte impregnado contaminado por fungos.

Figura 13 – Micrografia de contraforte termoplástico impregnado contaminado por fungos

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Observa-se que os fungos, presentes na amostra de contraforte impregnado moído, se desenvolvem em colônias, localizando-se preferencialmente na pontas das fibras da manta de estruturação do material. Entretanto, não foi possível constatar qualquer interação entre o contraforte e os microorganismos cultivados que pressuponham um comprometimento das propriedades mecânicas do material. Em um estudo posterior, realizado com compósitos de gesso com adição de contrafortes, determinou-se o comportamento de corpos-de-prova à flexão, antes e depois do crescimento de colônias. Foi constatado que, após seis meses de cultura, a resistência à flexão sofreu uma pequena queda, sempre inferior a 5% com relação aos corpos-de-prova de referência. Considerando-se que as condições de ensaio foram extremamente agressivas, estima-se que, como os componentes fabricados com o compósito serão utilizados apenas para o fim de vedação interna em edificações, Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


não estando sujeitos à ação direta da água, o desenvolvimento de fungos e o conseqüente decréscimo de resistência nos componentes serão muito inferiores ao observado no ensaio acelerado. Sistema atual de gestão do resíduo Segundo informações das empresas fabricantes de contrafortes, sua reciclagem no próprio processo produtivo não é viável devido aos custos e a restrições tecnológicas. Em conseqüência, a quase totalidade do resíduo produzido é descartado. Apesar do esforço contínuo dos órgãos de fiscalização ambiental municipais, estadual (FEPAM) e federal (IBAMA), não há dados sistematizados sobre o montante de resíduos produzidos e a forma de sua destinação. Um fator que muito contribui para a inexistência de dados confiáveis é a grande quantidade de empresas de pequeno e médio portes que adquirem o contraforte na forma de placas e geram o resíduo em seu processo de manufatura de calçados, sem declarar o destino do resíduo. Sabe-se que a grande maioria dessas empresas não utiliza centrais de resíduos para o descarte. Entre as empresas que se utilizam de aterros de resíduos para seu descarte (grupo onde se incluem todas as empresas fabricantes de placas de contrafortes, quando já fornecem o contraforte cortado pelas navalhas fornecidas por seus clientes), algumas realizam uma moagem dos “esqueletos” e acondicionam o material moído em sacos plásticos, enquanto outras prensam o material e o arranjam em fardos antes de realizar o descarte. Esse cuidado objetiva a diminuição de volume do resíduo a ser transportado e depositado. Preocupados com a situação do setor, o Centro Tecnológico do Couro, Calçados e Afins (CTCCA) em conjunto com as principais empresas produtoras de contrafortes do Vale do Rio dos Sinos (Artecola, Boxflex e Classil) e com a fornecedora de mantas não tecidas para a confecção de contrafortes (Bidim) propuseram à Universidade do Vale do Rio dos Sinos a realização de um projeto de pesquisa visando a identificar o potencial de reciclagem desse resíduo na indústria da Construção Civil. Alternativas de Reciclagem ou Reutilização Um dos setores com maior potencial para absorver os resíduos sólidos industriais é a indústria da Construção Civil (CINCOTTO, 1988). A reciclagem de resíduos na forma de materiais e componentes para a Construção Civil tem sido uma alternativa bem-sucedida em diversos casos, gerando à sociedade uma série de beResíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista

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nefícios, como a redução do volume de matérias-primas extraídas da natureza, a redução do consumo de energia na produção de materiais e a diminuição na emissão de poluentes. Na pesquisa desenvolvida, partiu-se da hipótese de que o resíduo de contraforte moído, devido à sua forma lamelar, adicionado a matrizes de materiais normalmente utilizados na Construção Civil, como o cimento e o gesso, teria o comportamento semelhante ao de uma fibra, proporcionando melhorias em certas propriedades mecânicas. Segundo Savastano Jr. et al. (1994), os materiais reforçados com fibras, pelas suas propriedades mecânicas adequadas e pelo aumento da ductilidade da matriz, têm apresentado uso crescente na construção civil, e prevê-se um aumento considerável de seu uso no Brasil, visto que empresas de grande porte estão começando a adotar esses produtos em seus sistemas construtivos. Outras vantagens do uso de fibras em matrizes frágeis são citadas por John (1999), como um melhor desempenho ante os esforços dinâmicos, a diminuição da velocidade de propagação das fissuras e o comportamento pós-fissuração, podendo apresentar uma considerável deformação plástica. Num primeiro momento, esse resíduo foi adicionado a uma matriz à base de cimento, não obtendo-se, no entanto, resultados satisfatórios nos ensaios realizados. A pesquisa prosseguiu adicionando-se o resíduo de contraforte moído a uma matriz de gesso, o que gerou resultados muito promissores. O gesso é um material de construção civil com uso crescente no país, em função de propriedades peculiares a este material, como relativa leveza, pega rápida (adequada aos processos de produção industrializados), inexistência de retração por secagem e isolamentos térmico e acústico adequados (SANTOS, 1988). 140

As empresas produtoras de contrafortes para calçados têm interesse direto na pesquisa de alternativas para aproveitamento dos resíduos de contrafortes, pois há uma tendência a responsabilizar as empresas geradoras da matéria-prima pelo destino dos resíduos criados a partir de sua utilização. Como essas empresas não estão inseridas no setor da Construção Civil, foi realizado um levantamento de possíveis parceiros para a transferência da tecnologia desenvolvida. Na etapa final da pesquisa, foram selecionadas algumas empresas fabricantes de artefatos de gesso no estado do Rio Grande do Sul, com as quais foi firmado um contrato para repasse e aperfeiçoamento da tecnologia de fabricação do compósito. A principais aplicações do produColetânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


to desenvolvido foram a fabricação de placas de gesso para forro rebaixado e componentes de gesso para paredes divisórias. Como resultado final da pesquisa, comprovou-se a viabilidade técnica e econômica da reciclagem dos resíduos de contrafortes. O início de sua comercialização depende, na etapa atual de pesquisa, da definição de uma estratégia de coleta, moagem e transporte dos resíduos até as empresas de componentes de gesso, e de uma estratégia de marketing para divulgação do novo material. Dados Estatísticos A região do Vale do Rio dos Sinos, no Rio Grande do Sul, é considerada o principal pólo calçadista do país e gera aproximadamente 65% dos resíduos da indústria coureiro-calçadista, segundo estimativa do Centro Tecnológico do Couro, Calçados e Afins. O volume de resíduos de contraforte, objeto de estudo nesta pesquisa, é estimado em 80 t/mês somente nesta região (ano-base 1999), equivalendo a um volume de 550 m3/mês. Apenas uma pequena parte desse resíduo é reaproveitado no processo industrial, e grande parte tem como destino final o depósito em aterros de resíduos, de controle público e/ou privado, ou o descarte clandestino. A primeira etapa da pesquisa realizada consistiu na identificação das principais empresas geradoras de resíduos na região do Vale do Rio dos Sinos, considerado o maior polo coureiro-calçadista do país, e dos aterros de resíduos industriais da região. Após entrevistas com essas empresas, contatou-se que: - não há dados quantitativos e qualitativos sobre os resíduos obtidos de forma sistêmica; - há elevada rotatividade no número de empresas do setor, e tanto os órgãos de fiscalização quanto os órgãos representativos do setor não conseguem manter um arquivo atualizado sobre as empresas existentes; - de modo geral, as empresas do setor não têm interesse em identificar e quantificar os resíduos gerados; e - há uma tendência a responsabilizar as empresas fornecedoras da matéria-prima nas quais os contrafortes são gerados pelo destino dos resíduos. As principais empresas fornecedoras de contrafortes na Região Sul são a Artecola, Boxflex, Duvinil, Classil e Quimiplan. Estima-se que essas empresas sejam responsáveis por mais de 90% do mercado. A partir de visitas realizadas à Artecola, Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista

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Boxflex e Classil, participantes do projeto de pesquisa, constatou-se que não há dados consistentes disponíveis sobre a geração de resíduos de contrafortes. Em função dessa dificuldade, foi realizado um levantamento visando a quantificar os resíduos gerados a partir da operação de corte. Nesse levantamento foram identificados os principais tipos de contrafortes existentes e determinada a quantidade média de resíduos gerada na operação de corte das placas de contraforte. A análise procurou verificar o percentual de perda sobre cada placa de contraforte, e a metodologia adotada foi a medição, em massa, de resíduos de placas logo após o corte com modelos de peças de contraforte em balancim de comando manual. Os resultados demonstraram que os percentuais de resíduo gerado variam de 13% a 23,2% em relação ao material-base (placa), ou seja, até um quinto do material não pode ser aproveitado para a confecção das peças de contrafortes, tornando-se um resíduo sólido para a empresa. Sabendo-se que os contrafortes são utilizados em todos os tipos de calçados fechados e que a quantidade de material perdido na operação de corte dos contrafortes é elevada (conforme verificado na pesquisa realizada), pode-se estimar que a quantidade de resíduos gerada é significativa.

Processo de reciclagem proposto Descrição, vantagens e desvantagens do produto

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A adição do resíduo de contraforte moído a uma matriz de gesso resulta em um compósito com maior ductilidade que a matriz de gesso, uma vez que os resíduos de contraforte moído incorporados à matriz comportam-se como fibras. Foi desenvolvido um produto que possui elevada resistência mecânica ao impacto e à tração na flexão, além de possuir alta capacidade de suporte de cargas suspensas, e as matérias-primas utilizadas e a tecnologia necessária para a fabricação indicam que o custo do produto venha a ser competitivo, quando comparado ao de outros materiais existentes no mercado (componentes convencionais de gesso e placas de gesso acartonado). No processo de fabricação de componentes tradicionais de gesso, a adição do resíduo diminui significativamente as perdas decorrentes de quebras nas etapas de fabricação e transporte de componentes, que em geral são superiores a 5% do total. O processo de fabricação dos componentes, entretanto, precisa ser adaptado ao novo Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


material, sendo necessário o desenvolvimento de um procedimento específico para moldagem com o compósito, uma vez que sua consistência é menos fluida que a da matriz. O produto final, em função da adição, não é frágil e permite a fixação de buchas e parafusos, fatores que ampliam o mercado original de componentes de gesso. A transformação do resíduo de contraforte em um produto reciclado implica as seguintes atividades: estruturação de uma logística para a coleta e a moagem dos resíduos de contrafortes; adaptação dos equipamentos da empresa produtora de componentes de gesso em função das características do compósito no estado fresco, estruturação de um sistema para controle de qualidade de produção e elaboração de uma estratégia de marketing para divulgação do novo produto ao mercado. Projeto experimental, materiais e métodos A primeira etapa do trabalho experimental consistiu na caracterização dos materiais empregados, especialmente os resíduos de contrafortes, tendo em vista o uso destes em materiais de construção civil. O gesso foi caracterizado química e fisicamente, e os resíduos foram caracterizados quanto à periculosidade (NBR 10004), à resistência à tração, à absorção de água e à proliferação de fungos. Tendo em vista essa caracterização indicar que o gesso e os resíduos são aptos ao uso como materiais de construção, partiu-se para o estudo de dosagem. Numa primeira etapa, o compósito foi analisado em seu estado fresco, procurando identificar qual a metodologia de moldagem mais adequada, a quantidade de água necessária, a quantidade e granulometria dos resíduos para adição, etc. Em seguida, realizaram-se ensaios em corpos-de-prova moldados com o compósito. Os ensaios adotados foram de resistência à compressão, ao impacto e à tração na flexão. Com base nos resultados dos estudos desenvolvidos, verificou-se que a incorporação dos resíduos de contrafortes em matriz de gesso resulta em um compósito com um incremento significativo da ductilidade da matriz. Esse comportamento permite que o material desenvolvido seja indicado para a fabricação de componentes pré-moldados, como blocos para alvenarias de vedação e painéis para forros. Tomando como premissa que o compósito será utilizado na fabricação de painéis e blocos, foram realizados ensaios com o objetivo de determinar o comportamento desses componentes. Foi determinado o comportamento do compósito diante do fogo (ensaios de propagação superficial de chama e de densidade ótica específiResíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista

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ca de fumaça), a capacidade de fixação de parafusos do material (realizado por meio de ensaio de arrancamento de parafusos por tração direta (em blocos de compósito), e a capacidade de suporte de cargas suspensas (realizado em uma parede construída com blocos de compósito). Seleção do gesso utilizado como matriz Os critérios estabelecidos para selecionar o gesso a ser utilizado como matriz do compósito foram: produto nacional, disponível no mercado e com tempo de início de pega lento, permitindo a adição de resíduos e moldagem do compósito sem o uso de aditivos retardadores. Para tal, foram realizados ensaios de início e fim de pega, determinação da consistência normal e a caracterização química do gesso (previstos pela MB 3469/91). Foram testados dois tipos de gesso, considerados como gessos de pega lenta, provenientes da Região de Araripina, PE. Análise do compósito no estado fresco A primeira etapa do estudo de dosagem teve como objetivo verificar experimentalmente as propriedades do compósito no estado fresco.

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A mistura dos materiais foi realizada com argamassadeira mecânica. Foram realizadas diversas moldagens em formas horizontais utilizando-se diferentes seqüências de mistura, teores de adição e granulometrias de resíduos, mantendo-se a relação água/gesso determinada no ensaio de consistência normal do gesso (a/g = 0,57). Os teores de adição de resíduos foram de 5%, 10%, 15%, 20%, 25% e 30% em massa, em relação à massa de gesso, em duas faixas granulométricas distintas (com módulos de finura equivalentes a 4,3 e 5,9, determinados conforme a NBR 7211/83). Num segundo momento, foram realizadas outras moldagens, testando-se as mesmas variáveis, porém alterando-se a relação água/gesso para 0,60 e 0,70, em função da necessidade de adequar a trabalhabilidade do compósito quando moldado em outros tipos de formas. Análise do compósito no estado endurecido Para estudar o comportamento mecânico do compósito foram realizados ensaios de resistência à compressão, ao impacto e à tração na flexão. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Todos os corpos-de-prova foram moldados observando-se as mesmas variáveis identificadas na análise do compósito no estado fresco, mantendo-se o mesmo procedimento de mistura dos materiais, cura e desmoldagem, que obedece à seqüência descrita a seguir: 1) mistura dos materiais - água e resíduo - 1 minuto de agitação mecânica - adição do gesso - 2 minutos de agitação mecânica; 2) colocação do material em forma untada com óleo vegetal; 3) adensamento com golpes de soquete (manual) ou através de vibração em mesa vibratória (mecânico); 4) desmoldagem após 45 minutos da moldagem; 5) cura por 24 h; 6) secagem em estufa a (35 ± 2) ºC até estabilização da massa. A adoção da temperatura de (35 ± 2) ºC teve como objetivo padronizar o tempo de estabilização de massa dos compósitos, sendo considerada a pior situação, que é a moldagem das peças no verão. Esse procedimento também visou a minimizar a influência da variação da umidade relativa do ar ao longo do ano. Resistência à compressão A resistência à compressão dos compósitos foi determinada de acordo com a MB 3470/91, sendo utilizados, para cada variável estudada, três corpos-de-prova cúbicos com 5 cm de aresta. Neste ensaio analisou-se a influência do teor de adição de resíduo (10%, 15% e 20%), do tipo de resíduo (contraforte laminado e impregnado), do adensamento (manual e mecânico) e da relação água/gesso (0,57, 0,60, 0,65 e 0,70). Em função das dimensões dos corpos-de-prova, o teor máximo de adição de resíduos foi de 20%. Acima desse limite, as características do compósito fresco não permitiram a moldagem de corpos-de-prova com bom acabamento. Foram utilizados resíduos com MF=4,3, uma vez que os resíduos com MF=5,9 se mostraram inadequados para a moldagem de corpos-de-prova muito pequenos. Resistência ao impacto O método de ensaio utilizado foi desenvolvido a partir do projeto de norma 2:02.10.084 - Piso cerâmico: determinação da resistência ao impacto - método de Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista

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ensaio, da ABNT e da JIS 6745, tendo sido utilizado inicialmente por Savastano Jr. (1987) e Santos (1988), e consiste na determinação da resistência ao impacto de um corpo-de-prova submetido a sucessivas quedas de uma esfera de aço, observando-se o eventual surgimento de fissuras. As Figura 14 mostram detalhes do equipamento utilizado para o ensaio.

Figura 14 – Equipamento utilizado para a realização do ensaio de impacto

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A altura inicial de queda da esfera de aço é de 15 cm, medidos entre a face inferior da esfera e a face superior do corpo-de-prova. Em seguida à queda, a face inferior do corpo-de-prova deve ser inspecionada, verificando-se se houve fissuração e anotando-se a abertura da fissura medida com auxílio de um fissurômetro (neste estudo foi utilizado um fissurômetro óptico com precisão de leitura de 0,1 mm). Aumenta-se sucessivamente a altura de queda em 5 cm, repetindo-se após cada queda da esfera a inspeção das fissuras do corpo-de-prova, até a altura de queda de seu rompimento, ou a altura máxima de 200 cm. Após o ensaio, determina-se a energia correspondente aos impactos sucessivos. Pode-se admitir que a máxima energia aplicada é igual à energia potencial da esfera metálica, antes de ser lançada em queda livre, conforme a equação: Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


onde: E = energia de impacto, resultante de n impactos (em Joules); m = massa da esfera metálica (m = 623g); g = aceleração da gravidade (adotado g = 9,8m/s2); n = número de golpes sofridos pelo corpo-de-prova; e h = altura de queda da esfera. Foi realizado um estudo preliminar com o objetivo de verificar se a adição de resíduos efetivamente incrementa a resistência da matriz ao impacto, e quais variáveis exercem maior influência. As variáveis do estudo foram o teor de adição (0%, 10%, 15%, 20% e 25%), o tipo de resíduo (contraforte impregnado ou laminado) e a granulometria do resíduo (módulo de finura 4,3 ou 5,9). A relação água/gesso adotada foi a necessária para atingir a consistência normal (água/gesso = 0,57). A partir das observações obtidas no estudo preliminar, foram moldados novos corpos-de-prova com o objetivo de ampliar o estudo do comportamento do compósito ante o impacto. Tendo em vista o bom comportamento dos compósitos com maiores teores de adição de contraforte moído, e considerando a necessidade de reciclagem da maior quantidade possível desse resíduo, os teores de adição estudados nesta etapa foram de 20% e 25%. Nestes teores observa-se uma pequena queda na resistência à compressão, compensada pelo ganho de resistência ao impacto, que é muito significativo. Mesmo considerando que a utilização de resíduos com maior módulo de finura melhora a resistência ao impacto do compósito, optou-se pelo uso de resíduos com módulo de finura menor (MF = 4,3). Tal decisão deve-se à necessidade de garantir uma trabalhabilidade adequada para a moldagem de componentes de pequena espessura e um melhor acabamento superficial das peças. O adensamento foi realizado por meio de vibração mecânica. Nesta etapa foram moldadas séries de três corpos-de-prova, para análise da influência do tipo de resíduo (contraforte laminado e contraforte impregnado), da relação água/gesso (0,57, 0,60, 0,65 e 0,70) e do teor de adição (20% e 25%). Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista

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Em vista do diferente comportamento dos compósitos com adição de resíduos de contraforte laminado e impregnado, foi estudado também o comportamento de compósitos moldados com adição mista de resíduos. Foram adotados os seguintes teores de adição: - teor de 20%: (50%CTL + 50%CTI), (25%CTL + 75%CTI) e (75%CTL + 25%CTI); - teor de 25%: (50%CTL + 50%CTI), (25%CTL + 75%CTI) e (75%CTL + 25%CTI). Resistência à tração na flexão A determinação da resistência à tração na flexão teve como objetivos determinar as características elásticas do compósito com a adição de resíduos e a relação entre tensão e deformação diante da aplicação de incremento de carregamento contínuo. A resistência à tração na flexão dos compósitos foi determinada baseando-se na metodologia especificada na ASTM C78-94, com a utilização de corpos-de-prova com dimensões de 25x5 cm, com 2,5 cm de espessura. Os corpos-de-prova submetidos a este ensaio foram moldados do mesmo modo utilizado no ensaio de impacto, e utilizados resíduos moídos com a mesma granulometria (módulo de finura = 4,3). O adensamento foi realizado por meio de vibração mecânica. Foram moldadas séries de três corpos-de-prova, para análise da influência do tipo de resíduo (contraforte laminado, contraforte impregnado e adição mista dos dois tipos de resíduos), da relação água/gesso (0,57, 0,60, 0,65 e 0,70) e do teor de adição (20% e 25%). Nos contrafortes com adição mista de resíduos, foram utilizadas as seguintes combinações: - teor de 20%: (50%CTL + 50%CTI), (25%CTL + 75%CTI) e (75%CTL + 25%CTI); - teor de 25%: (50%CTL + 50%CTI), (25%CTL + 75%CTI) e (75%CTL + 25%CTI). 148

Ensaios de desempenho de componentes elaborados com o compósito desenvolvido Resistência ao fogo Para a determinação do comportamento do compósito quando submetido ao fogo, foram realizados os ensaios de “determinação do índice de propagação superficial de chama”, segundo a NBR 9442/86, e de “determinação da densidade ótica específica da fumaça”, segundo a ASTM E 662-92. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


O índice de propagação superficial de chama foi determinado em placas de compósito moldadas com relação água/gesso de 0,60 e adição de 20% de contraforte impregnado e em placas com a mesma relação água/gesso e adição de contraforte laminado. A densidade ótica específica de fumaça foi determinada em placas de compósito moldadas com relação água/gesso de 0,60 e adição de 20% de contraforte impregnado e em placas com a mesma relação água/gesso e adição de contraforte laminado. Arrancamento de parafusos por tração A determinação da tensão de arrancamento de parafusos por tração foi realizada em blocos moldados com o compósito, de dimensões 40 cm x 40 cm x 4,5 cm, com furos. Para a fabricação dos blocos para o ensaio, adotou-se um compósito com adição de 20% de resíduo laminado e relação água/gesso de 0,60. Após a secagem, foram realizados seis furos em cada bloco, com o auxílio de uma furadeira elétrica, e fixados parafusos com buchas plásticas tipo “fischer” nº 6 e nº 8. Três parafusos foram fixados na parte maciça do bloco (espessura de 4,5 cm) e três parafusos foram fixados perpendicularmente aos furos dos blocos (espessura de 2,5 cm). O ensaio consiste na medição da tensão necessária para ocorrer o arrancamento dos parafusos. Capacidade de suporte de cargas suspensas A capacidade de suporte de carga suspensa foi realizada em um painel-protótipo, construído com blocos fabricados com o compósito. O ensaio seguiu as especificações da NBR 11678/90, parafusando-se um suporte do tipo “mão francesa” no protótipo e, posteriormente, aplicando-se a este suporte uma carga de 80 kg por 72 horas. O painel-protótipo foi construído na forma de uma parede divisória composta de seis fiadas de três blocos moldados com o compósito de gesso reforçado com contraforte. Utilizou-se um compósito com adição de 20% de resíduo laminado e relação água/gesso de 0,60. O ensaio consiste na determinação da resistência ao esforço de arrancamento dos dois parafusos que suportam a estrutura na qual a carga é aplicada. Observa-se, Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista

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durante o ensaio, se há deslizamento das buchas que servem para fixação dos parafusos. A Figura 15 ilustra o ensaio durante sua execução.

Figura 15 – Realização do ensaio de capacidade de suporte de cargas suspensas

Caracterização térmica do compósito

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A caracterização térmica dos compósitos desenvolvidos nesta pesquisa serve como subsídio para a definição do tipo de elemento construtivo, parede divisória ou forro, que será posteriormente desenvolvido. A caracterização dos compósitos de gesso baseou-se em três ensaios: calor específico, condutividade térmica e massa especifica aparente. Para os ensaios de calor específico médio foram utilizados três corpos-deprova de compósito de gesso com resíduo de contraforte termoplástico laminado e um com resíduo de contraforte termoplástico impregnado. As amostras com resíduo contraforte termoplástico laminado diferenciavam-se pelo teor e granulometria, como mostra a Tabela 6. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Tabela 6 – Relação das amostras para ensaio de calor específico

Para os ensaios de condutividade térmica e massa específica aparente foram utilizados três corpos-de-prova de compósito de gesso com resíduo contraforte termoplástico laminado e contraforte termoplástico impregnado. As amostras diferenciavam-se pelo teor de contraforte utilizado, como mostra a Tabela 7.

Tabela 7 – Relação das amostras para ensaio de condutividade térmica e massa específica aparente

As amostras ensaiadas diferiam pelo tipo de material adicionado, resíduo contraforte termoplástico laminado ou contraforte termoplástico impregnado, e quanto ao teor, em proporções de 20% e 25%. Em todos os compósitos, utilizou-se uma relação água/gesso de 0,60. Para a determinação do calor específico médio o procedimento de ensaio é baseado na norma ASTM C 351/92 – “Standard Test method for mean specific heat of thermal insulation”. Para a determinação de condutividade térmica o procedimento de ensaio segue a norma ASTM C 177/97 – “Standard test method for steady state the flux measurements and thermal transmission properties by means of the guarde-hot-plate apparatus”. Foram utilizadas placas quentes protegidas e sistema de aquisição de dados. Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista

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Para a determinação de massa específica aparente, o procedimento de ensaio é baseado na norma ASTM 303/97 – “Standard test method for dimensions and density or preformed block type thermal insulation”.

Resultados e discussão Determinação dos tempos de início e fim de pega do gesso Os ensaios realizados para selecionar o gesso foram os previstos pela MB 3469/9 – “Consistência normal” e “Tempo de pega”. O “Gesso 1” requer uma relação água/gesso de 0,57 para adquirir a consistência normal. O início de pega se dá aos 22 min, e o final, aos 35 min, enquanto o “Gesso 2” necessita de uma relação água/gesso de 0,58, e o início de pega se dá aos 15 min e 30 s, e o final aos 28 min. O “Gesso 1”, que comercialmente é conhecido por “gesso sublime”, foi selecionado para o trabalho por possuir maior tempo de início de pega. Essa propriedade foi considerada necessária em função da absorção de água dos contrafortes e à alteração esperada na trabalhabilidade da matriz com sua incorporação, uma vez que é necessário garantir um tempo adequado para a incorporação do resíduo à matriz, seu transporte, deposição em uma forma e adensamento. Caracterização química do gesso selecionado A caracterização química do gesso selecionado consta nas Tabelas 8, 9 e 10.

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Tabela 8 – Resultados da análise química do gesso

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Tabela 9 – Composição mineral do gesso, calculada a partir da análise química

Tabela 10 – Resultados de pH, (Cl-) solúvel, CO2 e P2O5 e flúor (F)

Análise do compósito no estado fresco O estudo realizado demonstrou que a mistura dos materiais é possível e que a moldagem do compósito não exige tecnologia sofisticada. Verificou-se que, entre as seqüências de misturas testadas, o procedimento mais adequado consiste na mistura preliminar da água com o resíduo moído, por um minuto, com agitação mecânica, e na adição posterior de gesso, continuando a mistura mecânica por mais dois minutos. A moldagem do compósito se mostrou possível para todas as relações água/ gesso testadas, para teores de adição de resíduos de até 25%, sendo as relações água/ gesso maiores as que conferem maior trabalhabilidade à pasta, principalmente em dias de moldagem com temperatura elevada. Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista

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O compósito se mostrou adequado para a moldagem nos diversos tipos de formas adotados na pesquisa, independentemente da granulometria de resíduo utilizada. Os compósitos moldados com resíduos com módulo de finura 4,3 apresentaram acabamento superficial uniforme (com aspecto de superfície lisa) até adições no teor de 10%. Na medida em que se aumenta o teor de adição e/ou a granulometria do resíduo, a superfície superior se mostra rugosa, para todas as relações água/gesso testadas. Análise do compósito no estado endurecido Resistência à compressão

A Figura 16 apresenta a média dos resultados obtidos no ensaio de resistência à compressão dos corpos-de-prova moldados com relação a/g = 0,57, variando-se os teores de adição (0%, 10%, 15% e 20%) e a forma de adensamento (manual e mecânica). A Figura 17 apresenta a média dos resultados obtidos no ensaio de resistência à compressão de corpos-de-prova moldados com adição de 20%, variando-se a relação água/gesso (0,57, 0,60, 0,65 e 0,7).

154 Figura 16 – Resistência à compressão média das séries de corpos-de-prova com diferentes teores de adição de resíduos (a/g 0,57)

Figura 17 – Gráfico da resistência à compressão média das séries de corposde-prova com diferentes relações água/ gesso e 20% de contraforte

Para identificar as diferenças entre os compósitos ensaiados, foi realizada uma análise estatística de variância (ANOVA), considerando a influência das variáveis testadas, sendo estipulada uma confiabilidade de 95%. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Constatou-se que os teores de adição (0%, 10%, 15% e 20%) e o tipo de contraforte são significativos, influenciando diretamente na resistência à compressão do compósito. Observou-se também que nas séries com adensamento manual o teor de adição de resíduos não apresenta variância significativa, independentemente do tipo de resíduo adicionado, enquanto as séries com adensamento mecânico apresentam variância significativa entre os teores testados. Existe uma diferença significativa entre os resultados das séries sem adição e com adição de resíduos, apresentando as séries sem adição de resíduos resistência à compressão superior às séries com adição de resíduos. Por outro lado, foi observado que o teor de adição só influencia a resistência à compressão de forma significativa nas séries com adensamento mecânico, pois este é mais eficaz na expulsão do ar aprisionado na pasta. Verifica-se que o tipo de resíduo adicionado influencia, de maneira significativa, a resistência à compressão do compósito, independentemente da forma de adensamento empregada. Outra variável analisada é a relação água/gesso, com os resultados de ensaios em corpos-de-prova com relação água/gesso de 0,57, 0,60, 0,65 e 0,70. A relação água/gesso apresentou variância significativa nas duas séries analisadas (série de corpos-de-prova com adição de resíduos de contraforte laminado e de corpos-deprova com resíduos impregnados). Observa-se que nas duas séries a resistência à compressão diminui à medida que a relação água/gesso aumenta. Entretanto, a variância não é significativa nas séries de corpos-de-prova moldados com relação água/gesso superior a 0,65. Os resultados dos ensaios de resistência à compressão indicam que o compósito apresenta comportamento à compressão similar aos materiais fibrosos, mostrando resistência à compressão inferior à resistência da pasta-matriz. Esse comportamento é explicado devido ao aumento de porosidade do compósito conferido pela incorporação das fibras. O decréscimo de resistência observado, entretanto, está dentro dos parâmetros esperados. Resistência ao impacto As Figuras 18 a 21 mostram o comportamento das séries de corpos-de-prova no ensaios de impacto. Os resultados do ensaio dos corpos-de-prova sem adição de resíduo (referência) não são mostrados nessas figuras porque todos apresentaram um comportamento frágil, com ruptura brusca, na primeira queda da esfera, que Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista

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corresponde à energia de 0,94 Joules. Essa energia de ruptura é muito pequena, sendo impossível sua visualização na escala utilizada nos gráficos. A matriz de gesso sem a adição de resíduo apresenta rompimento brusco, sempre ocorrendo na primeira queda da esfera, que corresponde a uma energia de 0,94 J. Este resultado comprova a fragilidade da matriz de gesso. O compósito, por sua vez, apresentou um acréscimo de resistência ao impacto substancialmente maior que a matriz. Também apresentou maior ductilidade, com uma deformação plástica considerável.

Figura 18 – Resistência ao impacto do conjunto de corpos-de-prova com adição de resíduo de CTI com módulo de finura igual a 4,3

Figura 19 – Resistência ao impacto do conjunto de corpos-de-prova com adição de resíduo de CTI com módulo de finura igual a 5,9

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Figura 20 – Resistência ao impacto do conjunto de corpos-de-prova com adição de resíduo de CTL com módulo de finura igual a 4,3

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Figura 21 – Resistência ao impacto do conjunto de corpos-de-prova com adição de resíduo de CTL com módulo de finura igual a 5,9

Constatou-se que os compósitos com resíduo de contraforte impregnado absorvem mais energia até o surgimento da primeira fissura, porém os compósitos com resíduo de contraforte laminado apresentam menor propagação e aumento de abertura das fissuras, após o surgimento da primeira fissura. A propagação e abertura de fissuras é menor à medida que o teor de adição aumenta, e os compósitos com resíduos com maior módulo de finura (5,9) possuem maior resistência ao impacto. Foi realizada uma segunda análise do comportamento dos compósitos ao impacto, utilizando-se corpos-de-prova com teores de 20% e 25% de adição. Foram adotados dois critérios para a análise dos resultados: a) o comportamento do corpode-prova durante o ensaio (Figura 22a); e b) a energia na qual ocorre a primeira fissura e energia acumulada no final do ensaio (Figura 22b). A Figura 22a apresenta a média dos resultados de resistência ao impacto das séries de corpos-de-prova moldados com adição de resíduo de contraforte termoplástico impregnado e laminado (CTI e CTL), em teores de 20% e 25%.

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Figura 22a – Resistência média ao impacto das séries de corpos-de-prova com adição de 20% e 25% de resíduos

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Figura 22b – Representação da energia na qual ocorre fissura e energia acumulada no final do ensaio

As Figuras 23 e 24 apresentam, respectivamente, a média dos resultados de resistência ao impacto das séries de corpos-de-prova moldadas com adição de resíduo de contraforte termoplástico impregnado e laminado, em teor de 20%, variando-se a relação água/gesso. As Figuras 25 e 26 apresentam, respectivamente, a média dos resultados de resistência ao impacto das séries de corpos-de-prova moldadas com adição mista de resíduo de contrafortes em teores de 20% e 25%.

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Figura 23a – Resistência média ao impacto das séries de corpos-de-prova com adição de 20% de resíduos de CTI, variando-se a relação água/gesso (0,57 a 0,70)

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Figura 23b – Representação da energia na qual ocorre fissura e energia acumulada no final do ensaio (20% CTI)

Figura 24a – Resistência média ao impacto das séries de corpos-de-prova com adição de 20% de resíduos de CTL, variando-se a relação água/gesso (0,57 a 0,70)

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Figura 24b – Representação da energia na qual ocorre fissura e energia acumulada no final do ensaio (20% CTL)

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Figura 25a – Resistência média ao impacto das séries de corpos-de-prova com adição mista de resíduos, em teor de 20%

Figura 25b – Representação da energia na qual ocorre fissura e energia acumulada no final do ensaio (adição mista, teor 20%)

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Figura 26a – Resistência média ao impacto das séries de corpos-de-prova com adição mista de resíduos, em teor de 25%

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Figura 26b – Representação da energia na qual ocorre fissura e energia acumulada no final do ensaio (adição mista, teor 25%)

Como nos ensaios preliminares, as séries com adições de contraforte impregnado absorvem maior energia até o surgimento da primeira fissura, mas a propagação da fissura ocorre de forma mais veloz, levando ao rompimento dos corpos-deprova antes do término do ensaio, principalmente na série com teor de adição de 20%. As séries com adições de contraforte laminado, ao contrário, absorvem menor energia até o surgimento da primeira fissura, porém a propagação é muito restringida, e nos dois teores de adição testados não houve ruptura dos corpos-de-prova ao final do ensaio. O comportamento pode ser explicado pela diferença existente entre as propriedades dos dois tipos de contraforte utilizados. Observa-se que a resistência ao impacto diminui à medida que a relação água/ gesso aumenta. A partir da análise da energia necessária para fissurar a matriz dos compósitos (“Figuras b”), pode-se verificar que as séries com menor relação água/ gesso requerem maior energia para ocorrer fissuração. Com a adição de resíduo de contraforte impregnado, quanto maior a relação água/gesso, mais rápida é a propagação da fissura e, por conseqüência, mais cedo ocorre a ruptura dos corpos-deprova. Tal fato também é observado nas séries com adição de resíduo de contraforte laminado, porém apenas apresentaram ruptura as séries com relação água/gesso de 0,65 e 0,70. Apesar da constatação de que menores relações água/gesso aumentam a resistência ao impacto, a necessidade de se garantir a plasticidade do compósito durante a moldagem de componentes impõe um limite para essa redução. Verificou-se Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista

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que as séries de corpos-de-prova moldados com relação água/gesso de 0,57 e 0,60 não apresentaram diferença de comportamento significativa. Assim, pode-se considerar a relação água/gesso de 0,60 como a mais apropriada, por não comprometer a resistência ao impacto e propiciar relativa facilidade de moldagem. A adição mista de resíduos (uso simultâneo de contrafortes impregnados e contrafortes laminados) é possível para todos os teores de adição testados. Nenhuma série de corpos-de-prova com adição mista de resíduos de contraforte rompeu antes do final do ensaio, mesmo na série com teor de adição de 20%, composta de 75% de resíduos de contraforte impregnado, indicando que a adição mista de resíduos aumenta substancialmente a resistência ao impacto do compósito. Em ambos os teores de adição testados, as séries compostas por 50% e 75% de resíduo laminado apresentam menor propagação de fissura ao longo do ensaio (“Figuras a”), apesar de se observar que a série com 75% de resíduo impregnado é a que necessita de maior energia para ocorrer fissura.

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De acordo com a bibliografia, sabe-se que a incorporação de fibras em matrizes de gesso aumenta a resistência ao impacto, sendo o maior benefício do reforço das fibras a modificação do comportamento do material após a fissuração, pela diminuição da propagação das fissuras. Tal comportamento é nitidamente percebido nos compósitos ensaiados, pois os corpos-de-prova sem adição de resíduo submetidos ao ensaio de impacto obtiveram ruptura brusca, com aplicação de baixa energia. Os corpos-de-prova com adição de resíduo, por sua vez, apresentaram deformação plástica considerável, tornando-se um material de maior ductilidade, mais adequado para uso em construção civil. Cabe lembrar que o ensaio de impacto depende de muitas variáveis, como tipo de equipamento, energia aplicada, velocidade de aplicação de energia, etc., sendo difícil a reprodução de dados e comparação dos resultados com os de outros pesquisadores. Resistência à tração na flexão A Figura 27 apresenta a média da resistência à tração na flexão obtida nas séries de corpos-de-prova com adição de resíduos de contraforte termoplástico impregnado e laminado, em teores de adição de 20% e 25%. Adotou-se como parâmetro para término do ensaio o final da aplicação da carga ou a ruptura dos corpos-deprova. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Figura 27 – Resistência média à tração na flexão das séries de corpos-de-prova com adição de 20% e 25% de resíduos

As Figuras 28 e 29 apresentam a média da resistência à tração na flexão obtida nas séries de corpos-de-prova com adição de resíduos de 20% de contraforte termoplástico impregnado e laminado, variando-se a relação água/gesso.

Figura 28 – Resistência média à tração na flexão das séries de corpos-de-prova com adição de 20% de resíduos de CTI, variando-se a relação água/gesso

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Figura 29 – Resistência média à tração na flexão das séries de corpos-de-prova com adição de 20% de resíduos de CTL, variando-se a relação água/gesso

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As Figuras 30 e 31 apresentam, respectivamente, a média dos resultados de resistência à tração na flexão das séries de corpos-de-prova moldadas com adição mista de resíduo de contrafortes em teor de 20% e 25%.

Figura 30 – Resistência média ao impacto das séries de corpos-de-prova com adição mista de resíduos, em teor de 20%

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Figura 31 – Resistência média ao impacto das séries de corpos-de-prova com adição mista de resíduos, em teor de 25%

O comportamento à flexão dos corpos-de-prova com adição de resíduos é distinto do comportamento dos corpos-de-prova sem adição de resíduos, especialmente no que diz respeito à deformação. Verifica-se na Figura 28 que a série de corpos-de-prova moldada sem adição de resíduo resiste a um carregamento de até aproximadamente 60 kg. Em seguida, ocorre a ruptura dos corpos-de-prova de forma brusca. As demais séries moldadas com adição de resíduos de contrafortes (séries Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


moldadas com resíduos de contraforte termoplástico impregnado), ainda que resistindo a um carregamento inferior, apresentam considerável deformação, não ocorrendo a ruptura dos corpos-de-prova, o que indica que a adição de resíduos confere ductilidade à matriz. Percebe-se também que, em alguns corpos-de-prova com adição de resíduos, a carga aplicada estabiliza-se em patamares, podendo decrescer e logo após tornar a crescer, o que indica que há uma redistribuição de esforços nos compósitos. Assim como já verificado no ensaio de resistência ao impacto, o tipo de resíduo, o teor de adição, a relação água/gesso e a adição mista de resíduos influenciam o comportamento do compósito em relação à resistência à flexão. Os compósitos com adição de resíduos de contraforte termoplástico laminado resistem a um carregamento maior e apresentam maior deformação do que os compósitos com adição de contraforte impregnado. A relação água/gesso é outra variável com grande influência nos resultados, conforme mostram as Figuras 29 e 30. Em ambos os ensaios observa-se que a carga suportada e a deformação diminuem conforme a relação água/gesso aumenta. O teor de adição exerce grande influência nos resultados. Observa-se que o teor de adição de 25% confere maior resistência ao compósito, seja na adição simples de resíduos ou na adição mista. Os corpos-de-prova com adição mista – 75% de resíduos impregnados e 25% de resíduos laminados – em ambos os teores não apresentaram acréscimo significativo de resistência, se comparada à resistência apresentada pelos corpos-de-prova com adição simples de resíduo de contraforte impregnado. No ensaio de impacto, essa composição incrementa significativamente a resistência do compósito. Conclui-se que o comportamento à tração na flexão da matriz é bastante modificado com a adição de resíduos de contrafortes, apresentando o compósito resultante deformação plástica considerável após o início da fissuração da matriz.

Ensaios de desempenho de componentes elaborados com o compósito desenvolvido Resistência ao fogo A resistência ao fogo do compósito foi avaliada pela determinação do índice de propagação superficial de chama e da densidade ótica específica de fumaça. Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista

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Na Tabela 11 são apresentados os resultados obtidos para o compósito com contraforte impregnado, e na Tabela 12, para o contraforte laminado.

Tabela 11 – Determinação do índice de propagação superficial de chama de compósito com contraforte impregnado

Tabela 12 – Determinação do índice de propagação superficial de chama de compósito com contraforte laminado

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Segundo a NBR 9442/86, os compósitos ensaiados, representativos dos dois tipos de resíduos de contraforte, enquadram-se na classe “A”, sendo materiais com ótima resistência à propagação superficial de chama. Na Tabela 13 são apresentados os resultados obtidos para o ensaio de densidade ótica específica de fumaça em compósitos com contraforte impregnado, e na Tabela 14, para o contraforte laminado. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Tabela 13 – Determinação da densidade ótica específica de fumaça do compósito com contraforte impregnado, em função do tempo, para a queima sem chama

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Tabela 14 – Determinação da densidade ótica específica de fumaça do compósito com contraforte laminado, em função do tempo, para a queima sem chama

Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista


De acordo com consultas a especialistas na área, os dois tipos de compósitos ensaidos apresentaram resultados similares e não possuem limitação de uso em função dos resultados do ensaio de densidade ótica específica de fumaça. Os valores obtidos não comprometem o uso do material. Arrancamento de parafusos por tração No ensaio de arrancamento de parafusos fixados com bucha “fischer” nº 6, a tensão de arrancamento variou entre 950 e 1.300 KN, independentemente da espessura da parede do bloco no qual estava fixada (foram utilizadas espessuras de parede de 2,5 cm e 4,5 cm). No ensaio de arrancamento de parafusos fixados com bucha “fischer” nº 8, a tensão de arrancamento variou entre 1.250 e 4.400 KN, independentemente da espessura da parede do bloco no qual estava fixada (foram utilizadas espessuras de parede de 2,5 cm e 4,5 cm. Capacidade de suporte de cargas suspensas O protótipo atendeu à especificação da norma, segundo a qual a capacidade de carga deverá ser igual ou superior a 80 kg. A capacidade de suporte do compósito é superior a 80 kg , e não houve arrancamento dos parafusos após 72 horas de ensaio. O deslizamento ocorrido nos parafusos em decorrência da aplicação do carregamento se manifestou apenas nas primeiras horas, tendo atingido, no máximo, 5 mm. Caracterização térmica do compósito Os resultados obtidos para a caracterização térmica dos compósitos de gesso estão especificados na Tabela 15. 168

Tabela 15 – Caracterização dos compósitos de gesso

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Os resultados apresentados indicam que o compósito tem um desempenho similar ao do gesso comum. Os valores resultantes não apresentam diferenças significativas do citado na bibliografia. Entretanto, o comportamento do material quando aplicado a um elemento construtivo, parede ou forro, pode apresentar diferenças que somente poderão ser examinadas em ensaios em componentes. As medições com elementos construtivos, parede ou forro, considerando sua posição relativa, em relação aos demais elementos, no edifício, é que poderão determinar o potencial isolante do compósito. Entretanto, é possível antever que sua massa aparente específica alta vai contribuir para um maior isolamento térmico se for comparado com o gesso comum, porque a adição de contrafortes implica aumento de massa térmica. Na Tabela 16 são mencionados valores de condutividade térmica para gesso, que variam entre 0,50 a 0,25 W/(m.K).

Tabela 16 – Propriedades térmicas do gesso

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Processo de produção Os resultados obtidos na pesquisa realizada permitem propor a produção de componentes de gesso reforçados com os resíduos de contrafortes, em escala comercial, havendo viabilidade técnica e econômica para a reciclagem. Na etapa final da pesquisa, foram selecionadas algumas empresas, fabricantes de artefatos de gesso no Estado do Rio Grande do Sul, com as quais foi firmado um contrato para repasse e aperfeiçoamento da tecnologia de fabricação do compósito. Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista


A principais aplicações do produto desenvolvido foram a fabricação de placas de gesso para forro rebaixado e componentes de gesso para paredes divisórias. O início de sua comercialização depende, entretanto, da definição de uma estratégia de separação, coleta, moagem e transporte dos resíduos até as empresas fabricantes de componentes de gesso, e de uma estratégia de marketing para divulgação do novo material. Essas atividades dependem de uma ação conjunta do setor coureiro-calçadista (gerador do resíduo), pois os geradores não têm o costume de separar seus resíduos, e a moagem dos resíduos deve, preferencialmente, ser realizada em uma central, para que não haja contaminação por outros resíduos e para que a granulometria necessária para a posterior adição ao gesso seja garantida. No âmbito das empresas fabricantes de componentes de gesso, as principais necessidades são de adaptação dos equipamentos e formas em função das características do compósito no estado fresco, uma vez que ele apresenta maior coesão e menor fluidez que a pasta de gesso sem adição. É necessário, igualmente, a implantação de um sistema de controle de qualidade voltado ao novo produto, tendo em vista suas peculiaridades. Os custos envolvidos nessas atividades não são significativos. Em virtude das características do processo proposto, em que a única atividade prévia para a reciclagem consiste na moagem do resíduo de contraforte, e considerando-se que as perdas no processo de produção de componentes de gesso (estimadas em 5%) são muito menores quando se utiliza o compósito, pode-se estimar que a geração de novos resíduos com a reciclagem de contrafortes é insignificante.

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Nos últimos anos, o mercado para os componentes convencionais de gesso tem diminuído devido ao crescimento da comercialização de placas de gesso acartonado, que possuem o diferencial da elevada resistência ao impacto e cuja tecnologia de produção é exclusiva de grandes empresas sob controle internacional. As placas de gesso acartonado são muito competitivas quando utilizadas em grandes vãos, devido à alta produtividade que proporcionam. Seu custo, entretanto, torna-se elevado em pequenas obras, mercado onde hoje se concentram os pequenos e médios fabricantes nacionais de componentes de gesso. A melhoria das propriedades do gesso, tais como o aumento da resistência ao impacto e a possibilidade de fixação de buchas, proporciona um diferencial significativo para os novos componentes produzidos com esse material, abrindo novas perspectivas para essas empresas. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Conclusão Como resultado final da pesquisa, foi desenvolvido um compósito formado por uma matriz de gesso, reforçada por partículas de contrafortes de calçados, as quais apresentam comportamento semelhante ao de uma fibra. Esse material apresenta interessantes características, como alta resistência mecânica ao impacto, à tração na flexão, e alta capacidade de suporte de cargas suspensas, e as matérias-primas utilizadas e a tecnologia necessária para a fabricação indicam que o custo do produto é competitivo, quando comparado ao de outros materiais existentes no mercado. Para a efetiva implantação do processo de reciclagem, é necessário que sejam solucionadas algumas restrições do mercado. No setor coureiro-calçadista (gerador do resíduo), deve ser desenvolvida uma estratégia para separação, coleta, moagem e transporte dos resíduos até as empresas fabricantes de componentes de gesso, além da elaboração de uma estratégia de marketing para divulgação do novo material. No tocante às empresas fabricantes de componentes de gesso, as principais necessidades são de adaptação dos equipamentos e formas em função das características do compósito no estado fresco, e a implantação de um sistema de controle de qualidade voltado ao novo produto. O projeto teve como parceiro principal o CTCCA, que promoveu o intercâmbio entre os pesquisadores e empresas calçadistas. As empresas associadas ao CTCCA que tiveram participação efetiva na pesquisa são Artecola e Boxflex, que forneceram os resíduos em estudo no projeto, Classil, que realizou a moagem do material e Bidim (ex-Rhodia). Foram realizadas reuniões bimensais para acompanhamento do projeto, ao longo de todo o período. Na primeira etapa do projeto, foram contatadas, também, as prefeituras de Novo Hamburgo (RS) e Campo Bom (RS), para coleta de dados sobre os depósitos de resíduos, e a Associação das Industrias Calçadistas (Assintecal), para auxílio no contato com as empresas do setor. Para a última etapa do projeto, foram selecionadas duas empresas fabricantes de artefatos de gesso, uma localizada em Novo Hamburgo (RS) e outra em Carazinho (RS), com as quais foi firmado um contrato para repasse e aperfeiçoamento da tecnologia de fabricação do compósito. Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista

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Além do auxílio da FINEP e da contrapartida da UNISINOS, o projeto contou com participação financeira do CTCCA, que foi subsidiado pelas empresas Artecola, Boxflex, Classil e Rhodia. O projeto também contou com a participação de bolsistas de Iniciação Científica, nas modalidades PIBIC (bolsista do CNPq), bolsista FAPERGS (Fundação de Amparo à Pesquisa do RS) e UNIBIC (bolsista da UNISINOS), e foi objeto de dissertação para um aluno de Mestrado.

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Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


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Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista


Célia Maria Martins Neves é engenheira civil pela Universidade de São Paulo - USP (1975). Obteve o título de mestre em Engenharia Ambiental Urbana na Universidade Federal da Bahia – UFBA em 2000. Exerce atividades na ABNT como colaboradora desde 1985, em comissões de estudo sobre solo-cimento e de argamassas para revestimentos de paredes e tetos. É atualmente servidor público enquadrado como pesquisador IV no CEPED desempenhando atividades de pesquisa relacionadas à Construção Civil. Coordena o Projeto de Investigação PROTERRA do Programa de Ciência e Tecnologia para o Desenvolvimento – CYTED. Na área didática foi professora substituta na UFBA, no período de 1996 a 1998. É autora de vários livros e capítulos de livros na área da Construção Civil. E-mails: cneves@ceped.br; cneves@ufba.br; cneves@superig.com.br

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6. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


6.

Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano Célia Maria Martins Neves

Sobre o resíduo O processo de geração do resíduo

A

argamassa celulósica corresponde ao compósito constituído da matriz de cimento e areia reforçada com fibras de celulose provenientes da reciclagem de papel imprensa.

O papel é um emaranhado de fibras de celulose obtido da massa pastosa

composta de fibras e água vertida sobre uma tela fina. Enquanto a água escoa através da tela, as fibras que aí se depositam, após prensagem e secagem, constituem o papel. As pastas podem ser obtidas por simples dispersão mecânica da celulose em água ou através de processos químicos que resultam na eliminação dos constituintes diferentes da celulose contidos na matéria-prima. As pastas ainda podem ser branqueadas pela ação do cloro ou hipoclorito. Os materiais utilizados para a fabricação do papel variaram muito desde sua invenção: inicialmente vegetais arbustivos como matéria-prima do papiro, depois se usaram o linho, a palha de gramíneas, fibras de algodão e trapos. Só há pouco mais Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano

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de um século é que a madeira foi adotada como matéria-prima definitiva (DALVA, [1985?]; MEYER; OLMER, 1949). A concepção básica do processo original para fabricação do papel, inventado no início do século II, permanece até os dias atuais. As inovações recaem em projetos de cubas, prensas, equipamentos de macerar, cavaletes, secadores, etc. (DALVA, [1985?]; MEYER; OLMER, 1949). Para a fabricação do papel imprensa, é necessário adicionar à pasta mecânica cerca de 20% de pasta química, de modo que o papel ganhe resistência adequada à sua passagem pelos procedimentos de formação e secagem e 2% de cargas, geralmente caulim ou carbonato de cálcio, cola de breu e sulfato de alumínio (MEYER; OLMER, 1949; D’ALMEIDA, 1981). As madeiras utilizadas para a fabricação de papel e celulose são basicamente o pinho e o eucalipto, que são madeiras de reflorestamento. Nesse aspecto, não representam risco de degradação ao meio ambiente, desde que haja planejamento e controle dessa atividade. Caracterização do resíduo A celulose é uma substância branca, insolúvel em água, com alta resistência à tração, composta de carbono, hidrogênio e oxigênio. Nas fibras de celulose encontram-se presentes açúcar, amido, carboidrato e lignina, que é um ácido orgânico que circunda a fibra, especialmente em células novas (MEYER; OLMER, 1949; AGOPYAN, 1991; CEPED, 1992). As células das fibras das plantas são ricas em celulose, que é a matéria mais importante do papel. De acordo com a NBR 10004, devido à sua propriedade de biodegradabilidade, o papel e a fibra de celulose podem ser tratados como resíduo classe II – não inerte. 178

Sistema atual de gestão do resíduo No Brasil, desde 1934, existem fábricas de reciclagem de papel. No início, existia preconceito em relação à reciclagem, cujos empresários, distantes dos movimentos ambientalistas de hoje, eram considerados lixeiros. A preocupação mundial com o meio ambiente e a busca do desenvolvimento sustentável impulsionaram, nos últimos anos, o setor de reciclagem. Atualmente, mais de 60% do volume total de papel ondulado consumido no Brasil é reciclado. A taxa média anual de recuperação Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


de aparas, relação entre a quantidade de material reaproveitado e o consumo de papel, gira em torno de 38%, compatível com os valores internacionais (BRASIL..., 1996). A quantidade de madeira economizada com a substituição da pasta celulósica por aparas é significativa: uma tonelada de aparas equivale ao rendimento lenhoso de uma área plantada da ordem de 250 m2; o consumo de energia por tonelada de papel produzido também é mais baixo (D’ALMEIDA, 1981). Tecnicamente, qualquer tipo de papel pode ser reaproveitado, porém nem todos são vantajosos. A forma de obtenção do papel para reciclagem é a seguinte (BRASIL..., 1996): - catadores, ou outro meio de coleta, separam do lixo os materiais com destino aos sucateiros; - os sucateiros fazem seu enfardamento em prensa e encaminham os fardos aos aparistas; e - os aparistas classificam as aparas1 e as enviam para as fábricas. Os papéis recicláveis são gerados principalmente nos supermercados, lojas de departamento, gráficas e fábricas de caixas. A maior parte do papel reciclado, cerca de 86%, é gerada por atividades comerciais e industriais. Apesar do apelo ecológico em torno da reciclagem e da coleta seletiva do lixo, ainda não existe incremento significativo da oferta de aparas geradas por residências e escritórios (RECICLANDO..., 1993). Segundo Haddad (1994), o lixo domiciliar típico brasileiro contém cerca de 25% de papéis e papelões e, se selecionado pela população para posterior reciclagem, além de reduzir a quantidade de lixo transportada e exigir menores áreas de descarte, diminuiria o problema de poluição causado pela queima. A questão é identificar formas atrativas de coleta desses materiais, pois o aumento constante dos resíduos sólidos descartados pela população está se tornando um sério problema urbano. A formação de preço do papel reciclado é vulnerável devido à coleta, que apresenta forte variação em função dos pontos de geração e do tipo de material disponível (BRASIL..., 1996).

1 “Aparas” corresponde ao nome comercial dado a resíduos ou produtos de papel, cartas e papelões coletados antes e após sua utilização, que são escolhidos, selecionados, enfardados e vendidos usualmente como matériaprima para as fábricas de papéis. As aparas comercializadas obedecem a terminologia e classificação próprias, em função de sua procedência.

Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano

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A prática de reciclar o papel já está bastante consolidada no país e no mundo. A Figura 1 mostra um esquema do ciclo atual, inserindo a argamassa celulósica como alternativa de reutilização.

Figura 1 – O ciclo do papel

Dados estatísticos A indústria de celulose e papel é bastante representativa no país. Os dados publicados na revista Celulose e Papel relativos ao ano de 1995 (INDÚSTRIA..., 1996) apontam o Brasil como o 7º e o 11º colocado entre os produtores mundiais de celulose e papel, respectivamente, com faturamento global anual de US$ 8,4 bilhões, cuja participação no Produto Industrial representa cerca de 4% e 5% no Produto Interno Bruto.

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O setor, formado por 220 empresas operando com 252 unidades industriais, localizadas em 16 estados, responde por 107 mil empregos diretos, sendo 58% nas suas atividades industriais e 42% nas florestais. O consumo interno, constituído de vendas domésticas e consumo próprio das empresas, absorveu nada menos que 77% da produção nacional de papel e 63% da produção de celulose, sendo o restante destinado ao mercado externo. O consumo anual per capita de papel atingiu a marca de 31,7 kg (INDÚSTRIA..., 1996). O mercado externo vem suprindo a demanda de papel imprensa. Enquanto a produção nacional foi da ordem de 280 mil toneladas, o consumo, em 1995, foi da ordem de 620 mil toneladas. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


A indústria papeleira reciclou cerca de 1,8 milhão de toneladas de aparas, produzindo, aproximadamente, 1,6 milhão de toneladas de reciclados (INDÚSTRIA..., 1996). O consumo de madeira está em torno de 33 milhões de m3, sendo 85% para a produção de celulose/pastas e 15% para fins energéticos. Estima-se que o reflorestamento no país abranja uma área de seis milhões de hectares, sendo 52% de eucalipto e 30% de pinus (DASSIE, 1996). A produtividade florestal média é da ordem de 24 m3 de madeira/ha/ano de pinus e de 30 m3 de madeira/ha/ano de eucalipto (INDÚSTRIA..., 1996). A técnica de clonagem de árvores, já adotada pela indústria, aumenta significativamente a produtividade florestal, com valores superiores a 50 m3 de madeira/ha/ano de eucalipto (PLANTAS..., 1998). Processo de reutilização proposto No que se refere à questão habitacional, o Brasil apresenta um grande desafio na área social: uma carência habitacional que ultrapassa 10 milhões de unidades (KAUPATEZ, 1988; PRADO; PELIN, 1993; BECK, 1994). No enfrentamento dessa questão, a participação da comunidade científica dá-se especialmente no desenvolvimento de alternativas tecnológicas, que devem considerar aspectos técnicos, econômicos, sociais, culturais e, especialmente, ambientais. Faz-se necessário ampliar o conhecimento e transferi-lo ao setor produtivo, de modo a oferecer novas alternativas à área de edificações, visando principalmente à habitação popular. As universidades e os centros de pesquisas têm procurado investigar e incentivar a implantação de inovações tecnológicas. Sua produção é bastante diferenciada nas várias regiões do país, pois visa a atender com prioridade às demandas regionais. Pelas características socioeconômicas do Nordeste, as pesquisas são orientadas para o aproveitamento de materiais naturais e reciclados, que sejam abundantes, e para a utilização de técnicas simplificadas, especialmente na produção de componentes empregados na produção de habitação de interesse social. O desenvolvimento de materiais e sistemas construtivos destinados a edificações envolve aspectos diretamente relacionados com as suas propriedades e o uso a que se destinam, e a outros aspectos, mais genéricos, tais como a qualidade do processo de produção e do produto, a utilização dos insumos e o comportamento do produto no contexto ambiental. O considerável elenco de variáveis envolvidas exige definições de requisitos básicos a serem atendidos, evidenciando as características principais para esse desenvolvimento. Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano

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Em se tratando de compósitos, como a argamassa celulósica, um dos fatores mais importantes para a sua caracterização é a proporção dos materiais que os compõem. Nesse sentido, o estudo da argamassa celulósica está voltado para avaliar seu desempenho em relação à resistência e estanqueidade através da determinação de propriedades físicas, mecânicas e de permeabilidade para diversas dosagens, a fim de identificar suas características, que, associadas às solicitações de uso, indicam os componentes habitacionais mais adequados. De modo semelhante ao desenvolvimento de outros materiais e outros sistemas construtivos direcionados para produção de habitação, o estudo da argamassa celulósica e sua aplicação na produção de componentes habitacionais apresentam exigências quanto ao atendimento de critérios de desempenho e qualidade, assim como de redução dos custos desses componentes. Em princípio, os requisitos de segurança estrutural, estanqueidade e durabilidade são apontados como essenciais ao desempenho de materiais destinados ao uso em edificações. Uma vez conhecidas as características físicas e mecânicas, bem como as relacionadas com a permeabilidade, e asseguradas as exigências de segurança, conforto e custo, um dos pontos críticos do processo de desenvolvimento de um novo componente habitacional refere-se à sua durabilidade no ambiente em que está inserido. A durabilidade representa a capacidade do material ou produto em manter suas propriedades ao longo da vida útil em condições normais de exposição e uso. Seu estudo exige a identificação do ambiente e das relações intervenientes e a determinação de indicadores, quantitativos e qualitativos, que permitam avaliar o comportamento do produto em uso. As inter-relações entre as características químicas, físicas e biológicas2 com o meio ambiente, e as solicitações que devem suportar, condicionam a maior ou menor degradação, o que determina, portanto, a sua durabilidade. 182

Flauzino (1985) caracteriza os distintos agentes de degradação e salienta que estes normalmente agem conjuntamente, seja nos materiais como nos produtos. Araújo (1997) amplia os agentes condicionantes da durabilidade dos materiais de construção ao comentar o ciclo de vida útil das edificações, ressaltando que a maioria dos estudos de

2 A biodegradação dos materiais de construção vem sendo alvo de preocupação de diversos pesquisadores; em julho do ano 2000 foi realizado, em São Paulo, o 1st International RILEM Workshop Microbiological Impact on Building Materials.

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durabilidade resume-se às considerações técnico-construtivas; porém, existem outros aspectos que não devem ser esquecidos: a renovação urbana, a evolução das atividades, hábitos e costumes e a evolução tecnológica. Lembra que a durabilidade das edificações urbanas está também condicionada às intervenções de caráter sociocultural, além dos agentes relacionados ao meio de exposição e da sua constituição física. Tratando-se do aspecto técnico da durabilidade da argamassa celulósica, a complexidade do mecanismo de envelhecimento pode ser inicialmente simplificada, devido ao comportamento já conhecido das argamassas de cimento e areia, considerando-se, então, como fator principal de estudo a fibra de celulose bem como as conseqüências de sua interação com a matriz. A principal forma de degradação da fibra de celulose é através da biodeterioração: microrganismos celulolíticos3 podem decompor as fibras em velocidade superior à vida útil do material em que elas estão inseridas, comprometendo as características necessárias ao uso do componente produzido. Essa biodeterioração pode ser determinada através da medida da perda de massa que ocorre durante a exposição controlada do material em contato com microorganismos específicos, em ambiente conhecido (SANTOS; NEVES, 2000). Outro aspecto de desempenho da argamassa celulósica, mais genérico e subjetivo, refere-se aos seus efeitos na qualidade ambiental. Para avaliar o impacto de uma atividade qualquer no meio ambiente, é necessário estabelecer e selecionar os fatores que poderão alterar o ambiente mediante a prática da atividade. Tratando-se de materiais de construção, ainda não são claramente definidos indicadores que avaliem seus efeitos na qualidade ambiental; o mais freqüentemente adotado é a durabilidade, pois acarreta, entre outros danos, a deposição de resíduos no ambiente (NEVES, 2000b). Outro indicador apontado pelos especialistas refere-se ao grau de imunidade do material devido à presença e possível liberação de substâncias que podem representar risco à saúde pública ou efeitos adversos ao meio ambiente4 .

Organismos que se desenvolvem nutrindo-se de celulose. Considerações fundamentadas em comunicações diversas, especialmente comentadas nos seguintes eventos: · COPMAT 97. Reunião Anual do Comitê dos Professores de Materiais. Novas tendências em materiais para o próximo milênio, 1997, Salvador; · Workshop Reciclagem de Resíduos Sólidos Industriais e Urbanos na Construção Civil, 1998, Salvador; e · Curso Internacional Aproveitamento de Resíduos Sólidos na Construção Civil. Uma alternativa econômica para o uso de matérias-primas secundárias e melhoria da qualidade ambiental, 1998, Salvador. 3 4

Componentes Componentes habi habitacionais tacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano

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As investigações de caráter técnico adotam, em geral, normas e procedimentos que estabelecem os processos e medidas a serem realizados para obter as avaliações pretendidas e garantir a repetição dos dados obtidos. Assim, para o estudo da argamassa celulósica, foram definidos métodos para o preparo do material e determinação da suas características físicas, químicas e biológicas. Projeto experimental, materiais e métodos O Projeto foi desenvolvido em duas etapas distintas. Inicialmente, estudou-se o material a fim de identificar dosagens adequadas à produção de painéis de vedação, com base em critérios de seleção previamente definidos, e avaliar seus efeitos na qualidade ambiental, mediante o estudo de durabilidade e de risco de contaminação do meio ambiente. Em seguida, definiram-se sistemas construtivos, com seus respectivos componentes de argamassa celulósica e processo de produção, e avaliou-se o desempenho dos componentes em relação às solicitações de uso. A Figura 2 mostra as etapas do projeto e produtos resultantes.

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Figura 2 – Esquema do processo de desenvolvimento de componentes habitacionais de argamassa celulósica

Para o estudo da argamassa celulósica, relativo à etapa denominada características do material, realizaram-se as seguintes atividades: - dosagem do material e identificação de traços adequados ao uso; - definição do procedimento de preparo da mistura; - determinação das características físicas e mecânicas; e - análise da durabilidade, inclusive efeitos bioquímicos e grau de imunidade. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


A Tabela 1 apresenta o plano de dosagem adotado para o estudo do material, e a Tabela 2 relaciona as características físicas e mecânicas determinadas.

Tabela 1 – Dosagem – traços estudados

Tabela 2 – Programação de ensaios

Os corpos-de-prova cilíndricos foram moldados em quatro camadas com adensamento mediante 30 golpes por camada, conforme procedimento estabelecido na NBR 7215; os corpos-de-prova prismáticos foram moldados em duas camadas com 20 golpes por camada; e as placas, em uma camada com aproximadamente 20 golpes, seguidos da regularização da superfície com a colher de pedreiro. A cura dos corpos-de-prova foi feita no próprio ambiente do laboratório, com temperatura da ordem de (26±2) ºC e umidade relativa do ar de (75±5)%. Os ensaios foram realizados em corpos-de-prova secos ao ar aos 28 dias de idade. Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano

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A durabilidade da argamassa celulósica foi avaliada mediante sua deterioração, decorrente da ação de microrganismos e da água, e sua capacidade de resistir às solicitações de uso ao longo da vida útil. Os indicadores adotados foram (NEVES, 2000a): - capacidade de resistência do material submetido a condições de envelhecimento “acelerado”; - grau de interação entre os materiais constituintes; e - taxa de decomposição do material celulolítico constituinte da argamassa celulósica. A capacidade de resistência do material ao longo de sua vida útil foi avaliada através da resistência à tração na flexão, determinada de acordo com o procedimento estabelecido na NBR 12142. Foram comparadas as médias dos valores obtidos no ensaio de quatro corpos-de-prova tratados em condições ambientais normais e de quatro corpos-de-prova submetidos ao processo de envelhecimento “acelerado” correspondente a dez ciclos de imersão em água e de secagem em estufa a 70 ºC, com duração de 24 horas para cada uma das atividades do ciclo. O processo de envelhecimento iniciou-se 28 dias após a moldagem dos corpos-de-prova. O grau de interação entre os materiais constituintes foi avaliado pela observação da microestrutura do compósito através da microscopia. Comparando-se a microestrutura das amostras da argamassa celulósica, foi possível verificar a integridade da fibra de celulose, com e sem a solicitação de molhagem e secagem, e o comportamento da fibra na matriz, principalmente sua aderência. A taxa de decomposição do material celulolítico por ação de microrganismos, que indica a biodeterioração da argamassa celulósica, foi determinada com a medida da perda de massa do material. 186

O efeito da argamassa celulósica na qualidade ambiental foi avaliado por meio de análises químicas em que é verificada a presença dos metais denominados pesados – arsênio, bário, cádmio, chumbo, cromo, mercúrio, prata e selênio –, em extratos obtidos da amostra submetida a condições de lixiviação e de solubilização, conforme procedimentos estabelecidos nas NBR 10005 e 10006. Os valores obtidos são comparados com os limites especificados na NBR 10004. As atividades realizadas para o desenvolvimento de sistemas construtivos foram: Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


- projeto de sistemas construtivos e respectivos componentes; - definição do processo de produção dos componentes; - fabricação de componentes; e - análise de desempenho dos componentes. Entre os diversos sistemas construtivos estudados para forros e divisórias internas, decidiu-se desenvolver três deles, dois para forros e um para divisórias, com as seguintes particularidades: - forro instalado diretamente sobre a parede de uma habitação com componentes colocados lado a lado, denominado FORRO T; - forro instalado sobre vigas de madeira, com componentes encaixados no sentido longitudinal e dispostos lado a lado no sentido transversal, denominado FORRO TELHA;

e

- divisória interna com componentes de altura igual à do pé-direito da habitação, dispostas lado a lado, denominada DIVICEL. Alguns exemplares do FORRO T foram armados com tela de aço galvanizado, visando a avaliar melhorias no manejo, transporte e segurança de uso. A denominada tela dura corresponde à armação de aço galvanizado, soldada, com abertura de malha retangular de dimensões 50 mm x 100 mm e fio 12 (f 2, 77 mm); a tela mole corresponde à armação de aço galvanizado, trançada, com abertura de malha hexagonal de dimensão 12, 5 mm e fio 24 (f 0, 56 mm). Após a definição dos respectivos componentes, foram desenvolvidos seus moldes, adotando-se os seguintes requisitos: - uso de molde metálico composto de peças de fácil execução; - uso de balcões ou cavaletes apropriados para permitir a moldagem na altura de aproximadamente 0,95 m, em posição confortável para o operário; - processo de adensamento com alguma forma de controle de modo a garantir uniformidade nas características do componente fabricado; e - desmoldagem imediata. Algumas características dos componentes desenvolvidos são apresentadas na Tabela 3, e a programação de ensaios para análise de desempenho, na Tabela 4. Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano

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Tabela 3 – Especificação dos componentes

Tabela 4 – Programação para avaliação de desempenho de componentes

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O ensaio de flexão avalia a ação de cargas acidentais no componente e mede sua capacidade de resistência. Consiste em aplicar, no meio do vão do componente apoiado nas duas extremidades, uma carga com velocidade constante até sua ruptura. Os dispositivos de aplicação da carga e de apoio constituem-se de semicilindros de aço, acoplados a roletes, também de aço, de modo a permitir a distribuição da carga ao longo da largura da peça e o giro livre desta durante o ensaio de flexão. O ensaio de carga suspensa avalia a ação de objetos pendurados no componente. O ensaio realizado no FORRO T mede a deformação do componente quando subColetânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


metido a cargas constantes durante determinado período; em DIVICEL, avalia o comportamento, tanto do material quanto do componente, sob a ação de uma carga excêntrica, que equivale à fixação de tanques, pias, prateleiras, entre outras, na parede. O ensaio de carga suspensa realizado no FORRO T consistiu em aplicar, no meio do vão do componente apoiado nas duas extremidades, uma carga estática, que variou em 100 N, 200 N e 300 N, durante 30 dias, cada uma em um exemplar; em outro, foi aplicada, durante 7 dias, a carga superior a 50% da carga de ruptura no ensaio de flexão. As deformações ocorridas são comparadas à deformação medida em um exemplar sem carga. Para o DIVICEL, adaptou-se o método de ensaio estabelecido na NBR 11678, que trata da verificação do comportamento sob ação de cargas provenientes de peças suspensas para divisórias leves internas moduladas e consiste em aplicar uma carga de 980 N, por meio de quatro apoios paralelos dois a dois. O suporte para aplicação da carga é constituído de duas mãos francesas interligadas no sentido horizontal, distantes 500 mm. A distância entre os dois apoios verticais de cada mão francesa é de 150 mm, e a carga é aplicada a 300 mm da superfície da divisória. Os apoios superiores são engastados no material da divisória. O tempo de duração do ensaio é de 24 horas. Para o ensaio de DIVICEL, usou-se apenas uma mão francesa e carga aproximada de 500 N. O suporte foi fixado por sua extremidade superior por meio de dois elementos de fixação distintos: bucha embutida na argamassa celulósica com parafuso para fixação e parafuso passante fixado com porca na sua extremidade. O comportamento da argamassa celulósica quanto a esforços de arrancamento é avaliado pela verificação do elemento de fixação do ponto de contato superior e pela deformação do componente. O ensaio de impacto avalia a ação de carga dinâmica atuando acidentalmente no componente em situações normais de uso. O ensaio de corpo mole corresponde a impactos casuais de pessoas, móveis e outros objetos e avalia seu comportamento quanto à segurança estrutural; o ensaio de corpo duro corresponde a impactos acidentais de objetos pontudos e avalia o dano superficial no componente e seu comportamento estrutural. O ensaio de corpo mole realizado em DIVICEL consistiu em aplicar, no meio do vão do componente colocado em posição horizontal e apoiado nas suas extremidades, a carga de uma massa de 30 kg abandonada em queda livre em alturas a partir de Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano

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0,15 m (45 J) até sua ruptura. Os impactos são aplicados por meio de um saco cilíndrico, com diâmetro de 250 mm e comprimento de 500 mm, contendo areia seca. O ensaio de corpo duro, realizado no FORRO TELHA, foi adaptado da NBR 12764 e consistiu em aplicar 11 impactos regularmente distribuídos sobre a superfície do componente colocado em posição horizontal e apoiado nas suas extremidades. Os impactos são aplicados por meio de uma esfera de aço com massa de 1 kg abandonada em queda livre em alturas a partir de 0,20 m (2 J) até 0,90 m (9 J).

Resultados e discussão Caracterização do material Características físicas A Figura 3 apresenta o comportamento das diferentes composições da argamassa celulósica sob a ação da água, e a Figura 4, a relação entre duas de suas características.

Figura 3 – Variação da absorção por imersão e da porosidade por matriz

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Figura 4 – Relação entre massa específica e porosidade

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Constata-se que o aumento do teor de fibras na argamassa celulósica aumenta consideravelmente a porosidade e a absorção de água por imersão. Para compósito com 18% de fibras, o acréscimo da porosidade supera 200%, e o da absorção de água, 500% em relação ao da matriz. Para a argamassa celulósica, constata-se que a porosidade é afetada, significativamente e de modo direto, pelo teor de fibras, porém é pouco influenciada pela proporção dos materiais da matriz. A porosidade apresenta forte correlação linear com a massa específica da argamassa celulósica, independentemente da proporção de materiais da matriz, cujos valores, para cada teor de fibras, pouco diferem entre as três matrizes estudadas. Características mecânicas A Figura 5 apresenta os resultados das resistências à compressão e à flexão das composições da argamassa celulósica estudadas.

Figura 5 – Variação da resistência à compressão e da flexão por matriz

Os vazios introduzidos na argamassa pela adição das fibras de celulose aumentam significativamente a porosidade do material, que, conseqüentemente, reduz sua resistência mecânica, conforme se observa na Figura 5. Aparentemente, a alteração da matriz pouco afeta as propriedades mecânicas da argamassa celulósica. A relação entre resistência à compressão e resistência à tração da matriz – argamassa de cimento e areia – está entre 8 e 10; ao se adicionar a fibra, esta relação vai diminuindo e chega até a 1,5 para o teor de 18% de fibra. A resistência ao impacto, contudo, aumenta consideravelmente, comprovando-se a grande contribuição das fibras de baixo módulo de elasticidade nos compósitos Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano

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de matrizes frágeis. Corpos-de-prova (placas de 20 cm x 20 cm x 2 cm) de argamassa sem fibras fissuram e rompem bruscamente com o impacto de uma esfera de 1 kg; corpos-de-prova de argamassa celulósica absorvem o impacto da esfera, apresentando maiores deformações (visíveis a olho nu) e ocorrências de fissuras, cujas aberturas aumentam com o aumento da altura de queda da esfera. Enquanto um dos três corposde-prova de argamassa sem fibras rompeu-se devido ao impacto da esfera com altura de queda de 20 cm, os corpos-de-prova de argamassa celulósica com teor de fibras superior a 14% resistiram ao impacto da esfera com altura de queda de 40 cm. As referências T1, T1,5 e T2 significam os traços com matrizes de proporção 1:1, 1:1,5 e 1:2 de cimento e areia, respectivamente. O comportamento mecânico da argamassa celulósica é bastante diferente do comportamento da matriz. A primeira tem mais ductilidade e é mais tenaz, porém menos resistente. Em decorrência dos resultados, deduz-se que a argamassa celulósica é adequada para fabricação de componentes sujeitos a impactos. A argamassa celulósica é relativamente sensível às condições de exposição. Quando submetida a variações de temperatura e umidade, o comportamento mecânico e hidráulico observado indica que seu uso não é adequado em ambientes com solicitações dessa natureza, tais como nas coberturas e fachadas de edificações em regiões de clima tropical. No entanto, pode ser usada para fabricação de painéis internos para vedações horizontais ou verticais, tais como forros e divisórias. Em função desses resultados, decidiu-se não dar continuidade ao desenvolvimento de painéis-sanduíche com placas de argamassa celulósica e núcleo de espuma de poliuretano, pois se pretendia usá-los para vedação externa.

Durabilidade da argamassa celulósica 192

Capacidade de resistência Os resultados da resistência à tração na flexão após o processo de envelhecimento “acelerado” (ciclos de molhagem e secagem em relação ao material mantido em ambiente normal), comparados aos da resistência à tração na flexão sem o processo de envelhecimento adotado, indicam que ocorre perda de até 40% da resistência à tração na flexão da argamassa celulósica submetida ao envelhecimento “acelerado”. A redução não é proporcional ao teor de fibras, nem apresenta relação aparente com a proporção da matriz. A Figura 6 apresenta resistências à tração na flexão da Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


argamassa celulósica da matriz de proporção 1:1 com e sem o processo de envelhecimento, identificados como T1env e T1amb, respectivamente, cuja perda de resistência atingiu 30% para o teor de fibra de 5%.

Figura 6 – Variação da resistência à tração na flexão devido ao envelhecimento “acelerado”

O comportamento da matriz, no entanto, é contrário ao da argamassa celulósica: existe ganho de resistência à tração na flexão após o envelhecimento acelerado. Essa constatação sugere que, provavelmente, o processo de molhagem e secagem proporciona uma pós-cura do cimento, melhorando sua hidratação e modificando a forma e quantidade dos produtos hidratados, resultando em ganho de resistência para a argamassa de cimento e areia; as fibras de celulose incorporadas à matriz modificam consideravelmente seu comportamento. Agopyan e Savastano Jr. (1998) comentam que os ensaios de envelhecimento acelerado, mesmo que não representem o envelhecimento natural do material, permitem, de qualquer modo, inferir comportamentos relativos à sua qualidade, através de análises comparativas. Dessa forma, o resultado do ensaio de capacidade de resistência da argamassa celulósica submetida ao processo de envelhecimento “acelerado” deve ser registrado como mais um indicador de desempenho, porém sem o caráter conclusivo sobre o comportamento do material quanto à sua durabilidade.

Comportamento da microestrutura Na zona de transição fibra-matriz, as alterações na argamassa celulósica decorrentes da movimentação higroscópica e a integridade das fibras foram avaliadas pela observação da microestrutura através dos microscópios ótico e do eletrônico de varredura (MEV). Algumas imagens são apresentadas nas Figuras 7 a 10. Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano

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Figura 7 – Microscópio ótico – Amostra polida – tratamento normal – aumento 100x

Figura 8 – MEV/SEI – Amostra polida – tratamento normal – aumento 150x

Figura 9 – Microscópio ótico – Amostra polida – envelhecimento “acelerado” – aumento 100x

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Figura 10 – MEV/SEI - Amostra polida – envelhecimento “acelerado” – aumento 150x

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Em função das imagens obtidas na exploração efetuada na microestrutura da argamassa celulósica com auxílio dos microscópios, pode-se concluir que as fibras de celulose estão incorporadas à matriz de forma isolada ou em feixes. Constata-se que a elevada quantidade de vazios da argamassa celulósica, já identificada nos ensaios de caracterização, concentra-se, preferencialmente, na região em que se encontram as fibras, principalmente nas proximidades dos feixes de fibras. A matriz mostra-se compacta e uniforme, com grãos de areia bem distribuídos e envolvidos pelo cimento hidratado. Não foram observadas diferenças significativas nas microestruturas da amostras de tratamento normal e de envelhecimento “acelerado”. Em princípio, pode-se afirmar que existe boa aderência entre a fibra e a matriz, mesmo nas amostras submetidas ao envelhecimento “acelerado”. Não ocorrem fissuras na argamassa celulósica como os registrados por Savastano Jr., Dantas e Agopyan (1994) e por Savastano Jr. e Agopyan (1999) em compósitos de pasta de cimento reforçados com fibras vegetais – coco, sisal, malva, e fibras de polipropileno e de amianto. Talvez, os vazios resultantes dos processos de moldagem e de evaporação da água utilizada no preparo do compósito permitam a movimentação dos materiais constituintes sem proporcionar fissuração.

Biodeterioração A Figura 11 apresenta o comportamento de biodeterioração da polpa de celulose e da argamassa celulósica, com matriz 1:1,5, teor de fibras de 14% e relação a/ c de 1,52. Indica a perda de massa individual em função do tempo e a análise de regressão da decomposição de cada material, incubados durante 75 dias em ambiente com 100% de umidade.

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Figura 11 – Biodeterioração da polpa de celulose e da argamassa celulósica

Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano


Os resultados obtidos mostram que a celulose apresenta rápida decomposição quando as condições são favoráveis ao desenvolvimento dos microorganismos celulolíticos, especialmente relacionadas aos teores de umidade do material e do ambiente – umidade relativa do ar. Agopyan (1991) comenta que as fibras vegetais procedentes da madeira, basicamente fibras de celulose, apesar de higroscópicas, não são afetadas pelos agentes de deterioração de vegetais no ambiente natural. Relata estudos realizados referentes aos mecanismos de deterioração de compósitos em que materiais reforçados com fibras de madeira mostraram-se duráveis, tendo alguns produtos mais de 30 anos de idade. Agopyan e Savastano Jr. (1998) ressaltam que o ataque biológico por meio de fungos xilófagos não apresenta maiores preocupações quanto à durabilidade dos compósitos formados por matrizes frágeis e fibras vegetais porque as matrizes apresentam pH alcalino capaz de inibir sua ação. Porém, os microorganismos basólifos ou neutrófilos, que vivem em ambientes alcalino ou neutro, como as bactérias utilizadas neste estudo, podem proporcionar a troca de matérias para sua atividade vital, porém indesejável do ponto de vista humano e da durabilidade do material. É importante ressaltar que, no estudo realizado, a inoculação da argamassa celulósica com microorganismos celulolíticos é intensa (maciça), o que geralmente não ocorre em condições normais de exposição.

Impacto Ambiental

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Por conhecer a origem das matérias-primas da argamassa celulósica, cujas substâncias mais prováveis de contaminação correspondem, certamente, aos metais pesados, decidiu-se analisar apenas essas concentrações, embora a NBR 10004 relacione outras substâncias prejudiciais ao meio ambiente. A Tabela 5 apresenta as concentrações dos metais pesados determinadas nos testes de lixiviação e solubilização da argamassa celulósica, traço 1:1:0,18:1,80, e os respectivos limites máximos permitidos para resíduos sólidos pela NBR 10004. A técnica de análise utilizada não permite assegurar que haja ausência de determinadas substâncias analisadas, entretanto pode-se afirmar que, se presente, sua concentração não atinge o limite de detecção do aparelho, cuja sensibilidade é representada por valores após o símbolo menor que (<). O bário presente na argamassa celulósica origina-se, provavelmente, da argila ou da rocha calcária usada para fabricação do cimento. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Todos os resultados encontram-se abaixo aos limites especificados pela norma de referência, comprovando que a argamassa celulósica não apresenta risco à saúde pública no que se refere à possível liberação de metais pesados para o meio ambiente.

Tabela 5 – Concentração de metais

Avaliação de desempenho dos componentes Conforme programado, foram realizados ensaios de resistência à flexão, carga suspensa e impacto de corpo mole e corpo duro nos componentes desenvolvidos, apresentados na Figura 12. ensaio de resistência à flexão - FORRO T

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máquina de ensaio

dispositivo de apoio do FORRO T

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carga suspensa em FORRO T

extensômetro para medir deformação

carga suspensa em DIVICEL

impacto de corpo duro em FORRO TELHA

Figura 12 – Ensaio dos componentes

No ensaio de resistência à flexão, a carga de ruptura representa a capacidade de carga de cada componente e depende, principalmente, do material, do formato da seção e do vão livre. Para avaliar esses valores e comparar com outras referências e entre os próprios componentes desenvolvidos, deve-se calcular a resistência à flexão ou módulo de ruptura. A Tabela 6 apresenta o valor médio das cargas de ruptura de cada componente, obtidas no ensaio de flexão, e a resistência à flexão, calculada pela expressão: Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


sendo: σƒ – módulo de ruptura ou resistência à flexão em MPa; M – momento máximo em N´m; P – carga de ruptura em N; l – vão livre em m; I – momento de inércia em m4; e c – centróide, distância entre a aplicação da carga e a linha neutra, em m.

Tabela 6 – Resistência à flexão dos componentes

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Constata-se que o uso da tela na base do FORRO T proporcionou resultados variados, sugerindo que o processo de colocação deve ser modificado. Ao se programar o componente armado, teve-se a intenção de obter maior deformação no componente sem comprometimento de sua integridade. A tela colocada permitiu deformações do componente três vezes maiores do que no componente sem a armação. A tela mole apresentou diferenças na resistência à flexão: valores mais baixos e variação significativa entre eles. Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano


Não foi definido um valor de referência da resistência à flexão para os componentes desenvolvidos. A intenção, quando se determinou a resistência à flexão como principal requisito para a análise de desempenho estrutural, foi avaliar também as condições de manuseio, armazenamento e instalação de cada componente e associálas aos valores de resistência à flexão obtidos, momento de inércia e vão livre. Fabricados no CEPED, em Camaçari, os componentes destinados ao ensaio de flexão foram transportados por caminhão para o Laboratório de Materiais da Escola Politécnica, em Salvador, a 60 km de distância, ocasião que possibilitou avaliar a capacidade de suportar solicitações que eles serão normalmente submetidos antes do seu uso na edificação. Assim, constatou-se a fragilidade do

DIVICEL

e a facilidade de

manuseio do FORRO TELHA. O ensaio de carga suspensa do FORRO T foi realizado com um exemplar para cada carga, no total de cinco exemplares por componente, com acompanhamento do carregamento e deformação durante 30 dias. A Figura 13 mostra o comportamento do componente fabricado com o traço 1:1,5:0,12:1,10 durante as solicitações. O carregamento máximo do componente com relação entre areia e cimento de 1,5 foi de 900 N, equivalente a 58% da média das cargas de ruptura no ensaio de flexão, e o do componente com relação entre areia e cimento de 3 foi de 630 N, equivalente a 68% da média das cargas de ruptura no ensaio de flexão. Os dois exemplares com carregamento máximo romperam aos 20 dias de ensaio com deformações da ordem de 4 mm. Os componentes com relação entre areia e cimento de 1,5 apresentaram comportamento uniforme com as deformações diretamente relacionadas com as cargas: 200

quando maior a carga, maior a deformação. Nos componentes com relação entre areia e cimento de 3, não se observou essa relação. É interessante ressaltar os valores de deformação alcançados nos ensaios realizados: no de carga suspensa, em que o carregamento é estático e permanente, após 30 dias de ensaio, os componentes atingiram deformação da ordem de 4 mm e não apresentaram fissuras; no ensaio de flexão, em que o carregamento é crescente, eles romperam com deformações da ordem de 9 mm e 6 mm para componentes com relação entre areia e cimento de 1,5 e 3, respectivamente. Por uma questão de prograColetânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


mação de ensaio, não foi possível dar continuidade ao ensaio de carga suspensa para verificar a possível estabilidade da deformação ou seu crescimento até a ruptura do componente.

Figura 13 – Deformação do FORRO T no ensaio de carga suspensa – Traço 1:1,5:0,12:1,10

Para avaliar o comportamento de DIVICEL em relação à solicitação de carga suspensa, foram ensaiados três exemplares: dois com a carga de ensaio localizada no meio e outro com a carga colocada a dois terços da sua altura. Foram testados dois tipos de fixação do equipamento do ensaio: bucha plástica embutida na argamassa celulósica com parafuso apropriado e parafuso passante com porca e arruela. A fixação com bucha plástica não foi eficiente: verificou-se a tendência do espaço aberto para a colocação da bucha aumentar durante a solicitação, folgando o sistema de fixação que se soltou, juntamente com a carga nele pendurada. A fixação com parafuso passante foi eficiente. A carga de 500 N (50 kgf) foi mantida suspensa por quatro dias sem apresentar deformação ou outros danos nos componentes ensaiados. Para avaliar o comportamento de DIVICEL quanto ao impacto de corpo mole, foram ensaiados três exemplares. Nenhum deles resistiu ao impacto da massa de 30 kg com altura de queda livre de 20 cm, correspondente a energia de 60 J. Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano

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Três exemplares de FORRO TELHA foram ensaiados para avaliar seu comportamento quanto ao impacto de corpo duro. Para cada energia do ensaio, cada exemplar foi marcado em 11 posições de impacto, conforme mostrado na Figura 14. Os resultados são apresentados na Tabela 7.

Figura 14 – Locais do impacto da esfera em FORRO TELHA

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Tabela 7 – Comportamento de FORRO TELHA no ensaio de impacto

Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que o FORRO TELHA suporta energia de impacto de corpo duro de 5 J. Segundo a orientação constante em Critérios mínimos de desempenho para habitações em terras de interesse social (INSTITUTO..., [1999?]), no ensaio de impacto de corpo duro, os componentes não devem sofrer Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


fissuras, escamações, delaminações ou qualquer outro tipo de dano sob ação dos impactos de utilização, nem ruptura ou trespassamento sob ação dos impactos de segurança. Define também os limites de energia de impactos de utilização e de segurança para os diversos usos de componentes. Para forros, não existem limites específicos, porém, para telhados e coberturas, se estabelece o valor mínimo de 1 J como impacto de segurança. Os valores obtidos no ensaio de impacto de corpo duro atendem ao limite adotado. Entre os componentes desenvolvidos, DIVICEL apresentou grande fragilidade para o transporte e manuseio, e até mesmo para suportar seu peso próprio, FORRO T apresentou alguma fragilidade durante o transporte, com a perda de alguns exemplares, e FORRO TELHA teve comportamento normal. Associando essas observações aos resultados obtidos, pode-se afirmar que resistência à flexão da ordem de 50 MPa é inferior ao valor necessário para transporte e manuseio de componentes com comprimento de 2,50 m. Mesmo para componentes com momento de inércia maiores (MFORRO T > 5 ´ MDIVICEL), constata-se que o comprimento dessa ordem de grandeza não é adequado para componentes de argamassa celulósica produzidos com o processo de fabricação adotado. Por outro lado, o FORRO TELHA, com comprimento de 1,20 m, não apresentou fragilidade no transporte e manuseio, mesmo com momento de inércia da mesma ordem de grandeza do de DIVICEL. O desenvolvimento de componentes, tanto de forro como de divisória, com comprimento de 2,50 m baseou-se na intenção de utilizar um único exemplar para vencer o vão livre ou o pé direito de uma habitação popular. Considerando os resultados obtidos como ponto de partida para concepção de componentes de argamassa celulósica produzidos com o processo de fabricação adotado neste projeto, pode-se concluir que é preferível projetar componentes com comprimentos menores, da ordem de 1,20 m.

Desenvolvimento de sistemas construtivos A produção de componentes habitacionais de argamassa celulósica engloba desde a preparação da polpa de celulose até o controle de qualidade do produto. O processo de produção compõe-se das seguintes etapas: Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano

203


preparação da polpa – consiste em submeter o papel cortado em tiras a um processo mecânico de desfibramento por hélices, com agitação5 . O papel é introduzido no equipamento, com bastante água, e agitado por, no mínimo, 30 minutos; retirada de água da polpa – consiste em retirar o excesso de água utilizado no preparo da polpa6 . Coloca-se o material em uma peneira e este é pressionado com as mãos; preparo da mistura – a areia e o cimento são colocados no equipamento apropriado e misturados durante 2 minutos. Adiciona-se a polpa e, se necessário, água, misturando-se por mais 7 a 8 minutos;

fabricação de componentes – moldagem adensamento desmoldagem cura armazenamento Devido à potência do motor do equipamento, foi necessário adicionar bastante água no processo de desfibramento do papel; por isso, procedeu-se à redução manual do volume de água da polpa. Nesse caso, ou quando não se dispõe de um sistema de controle da quantidade de água usada no preparo da polpa, é necessário determinar a umidade da polpa antes do preparo da argamassa celulósica, de modo a garantir sua consistência e outras características, tanto no estado fresco quanto endurecido. A umidade da polpa, correspondente à relação entre a massa de água e a massa do material seco, é determinada por secagem em estufa. A Figura 15 mostra as etapas de preparação da polpa de celulose.

204

5 O equipamento usado para o desfibramento, denominado hidropulper, foi desenvolvido pela PRE-LEVE – PréMoldados Leves Ltda. 6 É possível eliminar esta etapa e obter polpa com menor quantidade de água.

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colocação de tiras de papel imprensa no hidropulper

material liberado pelo desfibrador – hidropulper

retirada de água do material liberado pelo desfibrador aspecto da polpa

Figura 15 – Preparação da polpa

Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano

205


Fabricação de Componentes O processo de produção dos componentes varia em função da forma, porém, em geral, corresponde às seguintes atividades: - instala-se o molde sobre o cavalete; - coloca-se uma camada de argamassa celulósica no molde; - compacta-se a argamassa celulósica com um soquete, cuja seção, retangular ou circular, tenha dimensões adequadas para que penetre nos espaços disponíveis; - espalham-se outras camadas de argamassa celulósica no molde, compactando cada camada com soquetes apropriados; - regulariza-se a superfície com a passagem de uma régua – sarrafo – tomando as bordas como guias; - coloca-se uma placa de madeira (compensado naval ou madeirit) sobre o molde, com largura e comprimento superiores ao do molde, fixando-a com parafusos para permitir que o molde seja emborcado sem comprometer o material adensando; e - vira-se o conjunto, retiram-se os parafusos e depois o molde, deixando o componente recém-fabricado sobre a placa de madeira até sua secagem. Para o FORRO T e FORRO TELHA, após a regularização da superfície, a argamassa celulósica é adensada com a passagem de um rolo com largura de 300 mm e massa de 26 kg. As Figuras 16 a 18 mostram o processo de moldagem dos componentes.

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Não foi possível identificar um procedimento para determinação do “ponto ótimo” de adição de água à mistura, a não ser empiricamente. Para cada componente desenvolvido no processo de produção de componentes habitacionais, a quantidade de água adicionada foi determinada em função das proporções e das características dos materiais constituintes, dos equipamentos utilizados, do molde e do processo de moldagem do próprio componente. Para a produção de componentes, os materiais que apresentam menor porosidade e menor absorção de água são preferíveis, pois produzirão componentes com características físicas melhores. Considerando somente esses aspectos, o traço 1:3,0:0,12:1,10 (cimento:areia:fibra:água) produzirá a argamassa celulósica mais adequada para fabricação de componentes. Devido ao processo de moldagem; no entanto, nem sempre é possível adotar essa proporção de água no traço, como ocorreu na argamassa celulósica usada na fabricação do FORRO T e DIVICEL. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Constatou-se que o teor de água no traço tem mais influência na capacidade de resistência mecânica da argamassa celulósica do que a proporção de areia em relação à massa de cimento. Por isso, é preferível trabalhar no sentido de reduzir a quantidade de água na mistura do que adotar traços mais ricos em cimento.

enchimento da forma

vista da forma

207

adensamento com soquete e com rolo

Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano


desmoldagem

desmoldagem

componente recém-moldado Figura 16 – Processo de moldagem do FORRO TELHA

208

vista da forma

enchimento da forma

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adensamento com soquete e com rolo

desmoldagem

desmoldagem

209 componente recĂŠm-moldado

Figura 17 â&#x20AC;&#x201C; Processo de moldagem do FORRO TELHA

Componentes habitacionais de argamassa celulĂłsica e espuma de poliuretano


vista da forma

enchimento da alma

compactação da base

210

enchimento das laterais

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desmoldagem

Figura 18 – Processo de moldagem de DIVICEL

Conclusão O avanço de conhecimento proporcionado por este projeto pode ser notado, sobretudo, em três importantes aspectos. O primeiro aspecto refere-se à amplitude e profundidade do estudo dirigido a um compósito específico: procurou-se delimitar a amplitude, como não estendê-lo ao emprego de outras fibras, por exemplo, em troca de maior aprofundamento, visando a obter melhor compreensão do comportamento desse compósito, considerando até os aspectos ambientais. Uma outra contribuição significativa deste trabalho refere-se ao estudo da durabilidade, aprofundando a questão da modificação da microestrutura e introduzindo, como importante mecanismo, a biodegradação. Para isso, foi aplicado um procedimento já desenvolvido anteriormente para avaliar microestruturas de compósitos e foi definida uma metodologia para investigação e análise da degradação dos materiais mediante a ação de microorganismos. O processo de envelhecimento “acelerado” adotado para avaliar a alteração da capacidade de resistência pode não reproduzir fielmente as condições de uso do material ao longo do tempo de sua vida útil, porém permite inferir aspectos do comportamento do compósito relativos à sua durabilidade. Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano

211


E, finalmente, um terceiro aspecto relevante no estudo é a introdução da análise dos efeitos do material na qualidade ambiental, tema ainda incipiente para os materiais de construção, mas indispensável nos enfoques atuais da engenharia, principalmente no contexto da Engenharia Ambiental Urbana. Do estudo realizado, conclui-se que a argamassa celulósica pode ser caracterizada como um compósito de matriz frágil com reforço de fibra orgânica de baixo módulo de elasticidade, cujas propriedades para os materiais e traços estudados apresentam basicamente as faixas de valores indicadas a seguir.

212

Na determinação de traços adequados para a fabricação de componentes habitacionais, devem ser consideradas as características necessárias à argamassa celulósica para atender às exigências próprias de uso do componente. Em termos econômicos, adota-se o traço de menor consumo de cimento. Constata-se que a argamassa celulósica é suscetível à ação da água devido, sobretudo, ao elevado índice de absorção e comportamento permeável. Quando submetida às condições variadas de temperatura e umidade, apresenta comprometimento de sua capacidade de resistência durante o envelhecimento. A ação da deterioração físico-química do compósito nessas condições de exposição assim como a ação de deterioração por agentes biológicos devem ser devidamente consideradas sempre. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Pode-se concluir que modificações no processo de preparo da argamassa celulósica, principalmente com redução da quantidade de água usada para a mistura, ou com retirada da água no processo de adensamento, resultarão em material mais compacto e, portanto, mais resistente à ação posterior da água e de microorganismos, prolongando-se a vida útil do componente. A argamassa celulósica, em princípio, não apresenta efeitos diretamente prejudiciais à qualidade ambiental. Como não existe ainda uma metodologia específica para avaliação do impacto ambiental de materiais de construção, optou-se por tratar a argamassa celulósica simplesmente como um resíduo sólido, pois ela certamente desempenhará essa função em determinado momento, após sua vida útil na edificação. Para estabelecer o potencial de riscos da argamassa celulósica à saúde pública e ao meio ambiente , determinou-se a concentração de metais pesados, utilizando os parâmetros e ensaios de lixiviação e de solubilização adotados para classificar os resíduos sólidos. No entanto, considera-se que, nos estudos sobre os efeitos de materiais na qualidade ambiental, é necessário determinar a possível presença de outras substâncias que possam vir a pôr em risco o ambiente. Evidentemente que será necessário investir ainda mais no desenvolvimento de sistemas construtivos e, conseqüentemente, no processo de produção dos componentes. Para viabilizar a utilização ampla e rotineira da argamassa celulósica na construção civil, mais estudos serão necessários, entretanto um importante primeiro passo já foi dado. Visando a contribuir para o andamento harmonioso dos materiais de construção com o meio ambiente, principalmente no caso de reciclagem ou reutilização de resíduos, e tomando como referências os resultados e conclusões deste projeto e a responsabilidade da engenharia civil para com a preservação da qualidade ambiental, sugere-se aprofundar ou aperfeiçoar os seguintes aspectos em futuros estudos e pesquisas: - estudar o desempenho da argamassa celulósica em relação ao isolamento térmico e acústico; - desenvolver novos métodos de envelhecimento acelerado para os materiais de construção compatíveis com as condições reais de exposição; - estudar a influência das dimensões dos poros e sua distribuição no comportamento dos materiais; Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano

213


- incluir o estudo de biodegradação dos materiais, inclusive com variação da atividade de água, considerando possíveis modificações nas condições ambientais; - analisar a provável presença e liberação de substâncias nos materiais de construção periculosas à saúde pública e ao meio ambiente; e - planejar ensaios de envelhecimento natural dos materiais ou produtos ao longo da vida útil para servir de referência no estabelecimento de critérios na análise da durabilidade.

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217

Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano


Fradique Chies é engenheiro operacional em Mecânica e Produção pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (1978). Exerceu a função de laboratorista no Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem no período de 1971 a 1977. Foi técnico responsável na ENECON no período de 1980 a 1981. Atualmente é servidor público da CIENTEC, enquadrado como engenheiro, exercendo atividades de pesquisa nas áreas de Mecânica dos Solos, Materiais e Componentes de Construção e Cerâmica. Desempenha também atividades de coordenador substituto dos Laboratórios de Reciclagem e Cerâmica e Mecânica dos Solos. E-mail: fradique@cientec.rs.gov.br

7.

Neli Iloni Warpechowski da Sliva é engenheira de Minas pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS (1978), tendo defendido mestrado na área de Engenharia Mineral em 1992. Trabalha na Fundação de Ciência e Tecnologia – CIENTEC desde 1979, exercendo atividades nos Laboratórios de Tecnologia de Rochas, Mecânica de Solos e Reciclagem e Cerâmica, e em projetos de pesquisa. Coordenou projetos nas áreas de Beneficiamento de Minerais e Cerâmica Vermelha. Foi gerente do Departamento de Engenharia Mineral (1993–1994). E-mail: neli@cientec.rs.gov.br

218

Oleg Zwonok é geólogo pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS (1970). Trabalhou na Companhia Estadual de Energia Elétrica (CEEE) do estado do Rio Grande do Sul no período 1970-1971. Desde 1971 trabalha na Fundação de Ciência e Tecnologia CIENTEC em atividades de pesquisa e em laboratórios. Gerente do Departamento de Engenharia Mineral (1987-1990) e coordenador do Laboratório de Reciclagem e Cerâmica desde 1996. Coordenou projetos de pesquisa na área de Reciclagem (projeto CINCAL) e na área de Geotecnia (Pró-Guaíba). E-mail: oleg@cientec.rs.gov.br

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7.

Desenvolvimento de blocos e tijolos a partir de cinzas de fundo de carvão CIPECAL Fradique Chies, Neli Iloni Warpechowski da Silva e Oleg Zwonok

1 Cinzas de carvão mineral 1.1 Processo de geração do resíduo

C

inzas de fundo são subprodutos das usinas termelétricas. Trata-se de resíduos silicoaluminosos com partículas finamente divididas, algumas vezes aglomeradas, produtos da combustão de carvão mineral pulverizado em

leito de arraste em usinas termelétricas. Estima-se que a produção mundial de cinzas de carvão atinja, na atualidade, mais de 500 milhões de toneladas/ano, das quais apenas cerca de 20% são aproveitadas (MANZ, 1995). Tanto as condições de queima quanto as características do carvão mineral são determinantes das propriedades tecnológicas das diferentes cinzas. A separação da matéria inorgânica (cinza) da matéria carbonosa ocorre no processo de queima de carvão em grandes caldeiras de geração de vapor, que alimentam turbinas geradoras de eletricidade e outros processos. O carvão utilizado é na forma de um pó muito fino (passa 100% na peneira de malha de 0,15 mm), obtido a partir da moagem do carvão britado, em moinhos instalados na própria unidade de queima, equipamentos trituradores que insuflam carvão pulverizado na fornalha da caldeira. Desenvolvimento de blocos e tijolos a partir de cinzas de fundo de carvão - CIPECAL

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A combustão do carvão pulverizado se dá em altas temperaturas, entre 1.200 e 1.300 ºC, num ambiente gasoso oxidante, sendo o tempo de permanência das partículas em chama oxidante, em média, de 2 segundos, condição suficiente para a fusão total ou parcial da matéria mineral. Dois tipos de cinzas são formados: cinza de fundo e cinza volante. As cinzas de fundo são retiradas da fornalha pela sua base, caindo dentro de tanques com água de resfriamento. Depois de passar por um sistema de redução do tamanho das partículas, ainda dentro da usina, são enviadas hidraulicamente para tanques de decantação, onde, depois de sedimentadas, estão prontas para serem removidas e aptas para o uso. As cinzas volantes são coletadas por equipamentos específicos – precipitadores eletrostáticos. 1.2 Caracterização dos resíduos 1.2.1 Características físicas 1.2.1.1 Análise granulométrica

Para a realização dos ensaios foi adotado o procedimento indicado pela NBR 7181:1984 para solos. Conforme pode ser observado no Quadro 1, as cinzas estudadas, tendo em vista as diferentes procedências, apresentam uma grande variação nas composições granulométricas.

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Quadro 1 – Composições granulométricas das cinzas de fundo

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Há, por outro lado, uma boa uniformidade textural para as cinzas de fundo procedentes de uma mesma unidade industrial, conforme revelam resultados obtidos nas últimas três décadas. 1.2.1.2 Características morfológicas

A caracterização morfológica foi realizada por observação em lupa binocular e microscópio eletrônico de varredura (MEV). Lupa binocular

De um modo geral, as cinzas de fundo são caracterizadas por partículas de quatro tipos morfológicos principais: - partículas transparentes, arredondadas, constituindo aglomerados de cores acinzentadas ricos em vesículas; - partículas transparentes de forma irregular, geralmente subangulosas, com estrutura esponjosa; - partículas opacas angulosas a subangulosas, de coloração cinza-chumbo a preta, caracterizadas pela presença de material carbonoso não calcinado; - partículas opacas de formas esféricas, coloração cinza-chumbo, metálicas, de caráter magnético.

Foto 1 – Detalhe de uma partícula de cinza de fundo de Charqueadas (passada 0,59 mm e retida 0,30 mm)

Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV)

As estruturas observadas foram do tipo: - esferas de superfície lisa: normalmente de composição silicoaluminosa; - esferas com textura “lunar”: trata-se de partículas de composição silicoaluminosa mostrando-se localmente com um caráter esponjoso; e Desenvolvimento de blocos e tijolos a partir de cinzas de fundo de carvão - CIPECAL

221


- esferas com partículas superficiais: as partículas superficiais são compostas de ferro e enxofre dispostos sobre uma base constituída de silício e alumínio conforme mostra a Foto 2 e o EDS abaixo.

Foto 2 – Microfotografia de partículas esféricas silicoaluminosas com grãos metálicos de enxofre na superfície de cinza de fundo de Tubarão e sua respectiva análise química qualitativa pontual (EDS)

1.2.1.3 Limites de Liquidez e Plasticidade

Todas as cinzas de fundo estudadas, para os propósitos de engenharia, podem ser consideradas como não plásticas e não coesivas. 1.2.1.4 Massas Específicas

Foram determinadas massas específicas dos grãos e massas unitárias. Os resultados obtidos foram:

222

Quadro 2 – Resultados das massas específicas dos grãos e das massas unitárias

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1.2.1.5 Índice de Suporte Califórnia

São apresentados os resultados (Quadro 3) das massas específicas aparentes secas máximas e umidades ótimas que foram determinadas por meio de ensaio de compactação de acordo com a NBR 7182:1988, junto com os resultados dos índices de suporte Califórnia que foram realizados segundo a norma NBR 9895:1987 da ABNT – Solo – Índice de suporte Califórnia. Foram aplicadas as energias normal e intermediária na moldagem dos corpos-de-prova.

Quadro 3 – Resultados dos ensaios de compactação e índice de suporte Califórnia

Os resultados obtidos revelam serem as cinzas de fundo materiais não expansivos e com boa capacidade de suporte. 1.2.1.6 Permeabilidade

Os ensaios de permeabilidade foram baseados no procedimento de Bjerrum e Hunder (1957), realizados em corpos-de-prova compactados a 95-100% da massa específica aparente seca máxima do ensaio de compactação, na energia do Proctor normal. Os resultados obtidos são apresentados no Quadro 4 e mostram tratarem-se de materiais de média a alta permeabilidade quando compactados na forma pura. Quando estabilizados com cal passam a ter baixa permeabilidade.

Quadro 4 – Resultados dos ensaios de permeabilidade

Desenvolvimento de blocos e tijolos a partir de cinzas de fundo de carvão - CIPECAL

223


1.2.1.7 Fusibilidade

Na fusibilidade das cinzas foram adotados os procedimentos indicados na NBR 9164:1985 – Fusibilidade da cinza de carvão em microscópio de aquecimento com registro do ensaio por filmagem em vídeo. A preparação das amostras obedeceu à NBR 8292:1983. Os resultados constam no Quadro 5.

Quadro 5 – Resultados dos ensaios de fusibilidade em cinzas de fundo

1.2.1.8 Adensamento

Os procedimentos dos ensaios de adensamento foram baseados na norma NBR 12007:1992, na condição de amostra inundada. A variação dos índices de compressibilidade, entre 0,08 a 0,13, revelam materiais de baixa compressibilidade. Os valores dos coeficientes de adensamento variaram de 4,9x10-3 a 1,17x10-2 cm /s para as diversas amostras ensaiadas. A análise dos resultados dos ensaios revela que a deformação das cinzas é, em grande parte, instantânea. 2

1.2.1.9 Triaxiais 224

Foram realizados ensaios triaxiais adensados rápidos, saturados por percolação em corpos-de-prova de cinzas de fundo, moldados estaticamente, nas condições de massa específica aparente seca máxima e umidade ótima, determinados nos ensaios de compactação, na energia do Proctor normal, sem reuso do material. Os procedimentos adotados para a realização dos ensaios basearam-se na norma ASTM D285095. Os parâmetros de resistência são característicos de materiais de comportamento granular, que fornecem a boa estabilidade de cinzas de fundo compactadas, com boas possibilidades para o uso na construção em geral. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


1.2.2 Características químicas 1.2.2.1 Análise elementar

A análise dos constituintes maiores CaO, MgO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, Na2O e K2O, foi realizada nos laboratórios do Departamento de Química da CIENTEC por espectrometria de fluorescência de raios X, através da técnica de fusão a 1.100 ºC com tetraborato de lítio, na proporção de 1 g de amostra para 5 g de fundente (ASTM D4326-94). A perda ao fogo foi determinada por gravimetria. Carbono e enxofre foram determinados segundo a ASTM D5373-96 e D4239-94 – método C, respectivamente. Alguns elementos traços, como Ba, Cd, Pb, Cu, Cr e Ag, foram determinados nas cinzas de fundo por espectrometria de absorção atômica. Os resultados obtidos dos constituintes maiores das cinzas de fundo bem como de cinzas volantes, para fins de comparação, encontram-se no Quadro 6.

Quadro 6 – Concentração (%) dos constituintes maiores nas cinzas de fundo e volantes

Conforme se pode deduzir, as cinzas são constituídas predominantemente de silicatos e aluminatos amorfos, com valores de sílica superiores a 60%. Todas as cinzas apresentaram baixas concentrações de metais alcalinos. O Ca foi o elemento alcalino-terroso predominante; o Fe predominou nas cinzas de fundo, destacando-se nas de Tubarão (11,2%) e de Candiota (9,0%). 1.2.2.2 Estabilidade química

É importante observar que os resultados das análises elementares mostram que as composições químicas, no que se refere aos elementos maiores, como Si e Al, Desenvolvimento de blocos e tijolos a partir de cinzas de fundo de carvão - CIPECAL

225


não variam muito de uma cinza para outra, o que é bastante lógico, uma vez que todas as cinzas estudadas são derivadas de carvões de mesmo rank. Por serem estes elementos os responsáveis, normalmente, pela atividade pozolânica das cinzas, deduz-se que todas as cinzas estudadas são potencialmente favoráveis a reagir com cal hidratada. O grau de reação, no entanto, depende também de outras variáveis, como mineralogia e textura. 1.2.3 Características ambientais 1.2.3.1 Ensaios de lixiviação e de solubilização

A lixiviação das cinzas foi realizada segundo a NBR 10005:1987, baseada na EPA – SW 846 (1992), com extração da fase sólida com água deionizada na proporção de 1:16. Os ensaios foram realizados em amostras com granulometria inferior a 9,5 mm. As determinações dos elementos nos lixiviados foram realizadas por espectrometria de absorção atômica com forno de grafite (Cd, As, Se), vapor frio (Hg) e chama para os demais elementos (Ba, Pb, Cr, Ag). O fluoreto foi determinado por potenciometria com eletrodo íon-seletivo. Os resultados obtidos nos testes de lixiviação para as cinzas de fundo em estudo constam no Quadro 7.

226

Quadro 7 – Parâmetros químicos e físico-químicos determinados no extrato lixiviado segundo NBR 10005, em amostras de cinzas de fundo

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A comparação entre os valores obtidos no extrato lixiviado e o limite máximo permitido (LMP), segundo a Norma Brasileira NBR 10004:1987, Anexo G, listagem n.º 7, mostrou que as concentrações são inferiores ao LMP, ou seja, as cinzas de fundo não apresentam toxidez. A solubilização das cinzas de fundo foi realizada segundo a NBR 10006:1987, com adição de 1000 ml de água deionizada a 250 g de cinza. Os ensaios foram realizados em amostras com granulometria inferior a 9,5 mm. A comparação entre os valores obtidos no extrato solubilizado e o limite máximo permitido (LMP), segundo a Norma Brasileira NBR 10004:1987, Anexo H, listagem n.º 8, mostrou que as concentrações, com exceção do As na cinza de fundo da Copesul, são inferiores ao LPM. 1.2.3.2 Corrosão

Com o objetivo de desenvolver uma investigação preliminar sobre a ação corrosiva das cinzas de fundo, foram realizados ensaios laboratoriais de corrosividade em aço 1020, baseados nos procedimentos indicados no Laboratory Corrosion Testing of Metals for the Process Industries, pela National Association of Corrosion Engineers – NACE (1969). Em função das perdas ocorridas e medidas, foram calculadas as taxas de corrosão, obedecendo às equações indicadas no item 7, “Calculating Corrosion Rates”, do método de ensaio “Laboratory Corrosion Testing of Metals for the Process Industries”. Os resultados obtidos, de uma forma geral, revelaram valores menores que os máximos estabelecidos pela NBR 10004:1987 – Resíduos sólidos. Das 45 chapas de aço testadas, nas diferentes cinzas e diferentes condições, apenas três não atenderam aos limites de desgaste estabelecidos pela norma. 1.2.4 Características mineralógicas

Estudos mineralógicos realizados utilizando diferentes técnicas têm revelado uma predominância de materiais amorfos numa faixa entre 60% e 75%. Análises realizadas para determinação dos minerais cristalinos, através da difração de raios X, mostraram a presença de quartzo, mulita, óxidos de ferro, cristobalita, caulinita, calcita e feldspato. Estima-se que da fração cristalina cerca de 20% sejam constituídos de mulita, 30% de quartzo, 30% de óxidos de ferro (hematita e magnetita) e 2% de mica e outros. Desenvolvimento de blocos e tijolos a partir de cinzas de fundo de carvão - CIPECAL

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1.3 Sistema atual de gestão do resíduo O consumo total de carvão em 1997 foi de 16,1 milhões de toneladas, o que representa um acréscimo de 9% em relação a 1996. A termeletricidade há vários anos vem sendo o principal mercado consumidor de carvão mineral no Brasil. Em 1997 teve uma participação de 79% no consumo total, ficando o restante para o parque industrial, cujos principais segmentos foram: petroquímica, 6%; papel e celulose, 5%; cimento, 3%; alimentos, 3%; e cerâmico, 3%. A participação do carvão na termeletricidade deverá crescer ainda mais nos dois próximos anos com a entrada em operação das usinas termelétricas que estão em construção e em projeto. Apesar das vantagens técnicas e econômicas que o carvão apresenta sobre todas as outras alternativas energéticas atualmente conhecidas, o seu uso traz alguns prejuízos, destacando-se entre os seus maiores estigmas os produtos residuais. O problema básico, portanto, da combustão do carvão, com alto teor de matéria mineral, é a geração de grandes quantidades de resíduos sólidos inorgânicos, que trazem sérios problemas ambientais e outros problemas relacionados (ver Foto 3).

Foto 3 – Depósito irregular de cinzas de Candiota, RS

Com base nos levantamentos realizados pela CIENTEC em 1995, cerca de 34% das cinzas produzidas naquele ano foram comercializadas, conforme mostra o Quadro 8. Este panorama é atualmente muito diferente.

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Quadro 8 – Produção e comercialização de resíduos de carvão nas centrais termelétricas que operam com carvão-vapor, situadas na região Sul do Brasil (1995)

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As quantidades comercializadas, as empresas compradoras e os principais usos que foram dados aos referidos resíduos em 1995 constam no Quadro 9, a seguir.

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Quadro 9 – Empresas que compram resíduos da combustão do carvão das termelétricas brasileiras, quantidades comercializadas e principais usos

Desenvolvimento de blocos e tijolos a partir de cinzas de fundo de carvão - CIPECAL


1.4 Alternativas de reciclagem ou reutilização De uma maneira geral, os grupos industriais que utilizam os subprodutos cinzas e escórias de carvão podem ser divididos em três categorias principais: - construção (uso direto, como aterros, barragens, etc.); - fabricação; e - estabilização de resíduos. A categoria “construção” é, normalmente, o maior usuário dos subprodutos do carvão. Compreende empresas construtoras e de projetos comerciais, departamentos governamentais de rodovias e transportes, e várias outras agências federais, estaduais e locais. Dentro dos principais usos no setor da Construção pode-se citar: aplicações em concreto, fabricação do cimento Portland pozolânico, em argamassas, cinzas em processos de estabilização sob pressão, aterros estruturais, bases estabilizadas e solos modificados e estabilizados para rodovias, pistas e edificações, e como filler em misturas betuminosas. No setor da fabricação, compõe os grupos industriais que têm provavelmente o maior potencial para desenvolver novas aplicações que irão aumentar significativamente o emprego de resíduos de carvão. Destacam-se nesta categoria os grupos industriais voltados à fabricação de artefatos para a construção civil, como blocos, tijolos, placas, lajotas, painéis, etc. Quanto à estabilização de resíduos, a maioria das aplicações tem sido adotada para estabilizar resíduos inorgânicos. Trata-se de um potencial de uso para resíduos de carvão em grande crescimento. 230

1.5 Produção de resíduos de carvão no Brasil As termelétricas brasileiras em atividade, que utilizam carvão mineral como combustível, estão situadas geograficamente junto aos principais jazimentos carboníferos do país, nos estados do Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Paraná. O Quadro 10 mostra as produções estimadas de resíduos da combustão de carvão para o ano 2005. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Quadro 10 – Capacidade máxima de produção de resíduos da combustão de carvão prevista para o ano 2005

2 A produção dos blocos e tijolos CIPECAL O processo de obtenção de blocos e tijolos CIPECAL, à base de cinzas de fundo de carvão, é similar ao processo utilizado na obtenção dos blocos silicocalcários, produzidos no Brasil e em muitos países europeus, como Alemanha, Rússia e Inglaterra. Os materiais silicocalcários são obtidos de uma mistura de areia e cal virgem, e curados em autoclave a altas temperaturas. Os blocos propostos no presente projeto prevêem a substituição da areia pelas cinzas originadas na queima do carvão em forma pulverizada. O processo consta basicamente dos passos a seguir. a) Preparação das matérias-primas

As cinzas de fundo não necessitam de tratamento prévio, sendo utilizadas como recebidas das fontes produtoras. Eventualmente necessitam de operações de secagem, ao sol ou secador, antes de serem levadas à linha de produção. A cal hidratada, que pode ser comprada em sacos ou a granel, é adquirida no comércio, sendo, na prática das dosagens, considerada como seca. Desenvolvimento de blocos e tijolos a partir de cinzas de fundo de carvão - CIPECAL

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b) Dosagem e mistura das matérias-primas

As matérias-primas, cinza de fundo e cal hidratada, são dosadas em proporções adequadas, em função da resistência requerida do produto final, e misturadas, juntamente com a água, na quantidade ótima necessária. A mistura ótima é aquela que utiliza o menor teor de cal e atende às especificações técnicas estabelecidas pela ABNT. Para todas as cinzas de fundo estudadas, a proporção de 10% de cal e 90% de cinza de fundo pode ser considerada adequada. c) Moldagem das peças

A mistura cinza/cal/água não possui plasticidade suficiente para permitir outro processo de conformação que não seja por prensagem com cargas elevadas. Os blocos e tijolos são conformados por prensas, preferencialmente hidráulicas, de grande capacidade de produção, sob pressões que variam conforme as características que se requerem do produto final, 50 a 100 hgf/cm2. Estas, por sua vez, serão função das exigências e dos interesses do mercado consumidor. d) Cura e estocagem

Saídos das máquinas de prensagem, os elementos de alvenaria necessitam ficar por algum tempo em repouso, sem perder a umidade de moldagem, para adquirir resistência mecânica. Em uma área própria para cura e estocagem, os blocos e/ou tijolos são empilhados na forma de pirâmide com aproximadamente mil unidades e cobertos com lona plástica, onde, após aproximadamente 20 dias, estão suficientemente enrijecidos para uso na construção civil. Quanto mais tempo os blocos permanecerem na área, maior será sua resistência. 232

A cura pode ser acelerada por meio de tratamentos hidrotérmicos, com ou sem pressão de vapor de água. Assim, resistências obtidas aos 20 dias de cura ao meio ambiente podem ser atingidas aos dois dias de cura em autoclave. A definição da qualidade dos produtos foi feita por meio de ensaios de resistência à compressão simples e absorção de água indicados pela ABNT. e) Características do produto

Os blocos obtidos pela prensagem e posterior cura de uma mistura de cinza e cal hidratada apresentam a forma paralelepipédica com intertravamento vertical, obtido Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


pela presença de saliência troncocônica na superfície do topo e rebaixos da mesma forma, na superfície de base do bloco. Devido à sua precisão dimensional, não se necessita no processo construtivo do emprego de linha de nível, nem, eventualmente, do preenchimento com reboco para obter o nivelamento das paredes. Em função da sua geometria e conformação, sendo um bloco de encaixe, dispensa o uso de argamassa para assentamento, reduzindo o tempo de execução e, conseqüentemente, o custo total da obra. Para blocos com dois vazados de 5 centímetros de diâmetro e dois encaixes, com dimensões de 30 cm x 15 cm x 5 cm, traço 10% de cal hidratada e 90% de cinza de fundo, moldados sob pressões de 50 a 100 kgf/cm2, as resistências à compressão simples e absorções de água, para produtos prontos ao uso, ficam na faixa entre 60 e 100 kgf/cm2, e 25% e 30%, respectivamente. Segue um fluxograma de produção sumário.

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Figura 1 – Fluxograma de produção sumário

Desenvolvimento de blocos e tijolos a partir de cinzas de fundo de carvão - CIPECAL


3 Aspectos econômicos O produto CIPECAL ainda não existe no mercado, que é dominado, basicamente, por elementos cerâmicos, como os blocos do tipo “gauchão” e tijolos maciços. O mercado riograndense de blocos/tijolos é superior a dois milhões de unidades/dia, sendo cerca de 40% a 50% desse mercado abastecido por artefatos provenientes do estado de Santa Catarina, onde o produto é mais barato devido à política fiscal estadual. De acordo com os dados do Sindicato das Indústrias de Olarias e Cerâmicas do Rio Grande do Sul (SIOCERGS), entrou na década de 90 quase um milhão de blocos/tijolos por dia no estado. Estudos realizados pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) em 1997 – Caminhos para o Desenvolvimento – revelaram que, para uma escala de produção de aproximadamente 150.000 blocos por mês, o produto CIPECAL é 20% mais barato que o preço encontrado no mercado atual, ofertado pelo concorrente gaúcho com o melhor preço. Essa diferença poderia aumentar se a escala de produção fosse maior. Apesar de os preços dos blocos/tijolos cerâmicos provenientes de Santa Catarina serem mais baixos que os do Rio Grande do Sul, ainda assim o produto CIPECAL é competitivo, além de ter qualidade normalmente superior.

4 Conclusões

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Tradicionalmente, até bem pouco tempo, todos os materiais de construção, conforme o seu destino ou a sua função, deviam cumprir um certo número de condições técnicas, econômicas e estéticas. A qualidade de um material resulta de sua aptidão em atender às condições técnicas, peculiares à sua utilização. O material é de boa qualidade quando satisfaz de maneira favorável as condições técnicas, como resistência, trabalhabilidade, durabilidade e conforto. Quanto às condições econômicas, estas constituem requisitos da maior importância a serem observados para a escolha de um material de construção. É condiColetânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


ção essencial que os materiais a serem utilizados sejam os de menor custo e os que atendam às condições técnicas e estéticas. Modernamente, além dos aspectos acima referidos, devem também ser avaliados os aspectos de caráter ambiental. A incidência de custos associados ao impacto ambiental no custo final de um material de construção é significativa, de tal forma que a utilização de um recurso mineral não renovável pode se tornar economicamente inviável ante o dano ambiental que venha a causar. O projeto CIPECAL, nesse sentido, ao estudar as potencialidades de uso, como material de construção, das cinzas de fundo, preocupou-se tanto em caracterizar esses materiais quanto às suas propriedades técnicas, quanto em avaliar os reflexos ambientais de sua utilização. A qualidade dos materiais estudados foi estimada, principalmente, por meio de testes laboratoriais. Alguns monitoramentos in situ, com observações macroscópicas em obras de alvenaria, também foram realizados. Os testes foram conduzidos em diferentes laboratórios da CIENTEC e da UFRGS, onde se determinaram as propriedades físicas, químicas e mineralógicas. As observações in situ foram realizadas em algumas paredes que fazem parte das estruturas de vedação (Foto 4) do Laboratório de Reciclagem de Resíduos. O cotejo entre as grandezas que definiram os materiais em estudo e as das especificações estabelecidas por normas permitiram avaliar o potencial e a qualidade do produto estudado. Por se tratarem as cinzas de fundo de resíduos industriais com características técnicas e ecológicas adequadas para a produção de artefatos para a construção civil, o seu aproveitamento, em grande escala, ao mesmo tempo, vem ao encontro do que reza a lei de crimes ambientais n.º 9.605, de 13 de fevereiro de 1998 (FAMURGS), aprovada pelo Congresso Nacional, que contextualiza as novas formas de crimes, em função do avanço tecnológico. Nesse sentido, o lançamento de resíduos sólidos, entre outros, recebe tratamento exemplar na lei de crimes ambientais, ou seja, aquele que causar poluição de qualquer natureza em níveis tais que resulte ou passe a resultar em danos à saúde humana ou que provoque a mortandade de animais ou a destruição da flora será punido com pena de reclusão de um a cinco anos. Desenvolvimento de blocos e tijolos a partir de cinzas de fundo de carvão - CIPECAL

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Dentro desse cenário fica evidenciada a importância que deve ser dada à reciclagem de resíduos industriais, especificamente aos resíduos da combustão do carvão. A sua concretização, no entanto, está vinculada à elaboração de estratégias, planos ou programas para a utilização adequada desses recursos disponíveis. Embora muitos esforços da CIENTEC tenham sido desenvolvidos nessa direção, não constituem uma estratégia completa e coordenada. Muitas questões tem de ser equacionadas e resolvidas. O nível atual de utilização de cinzas no Rio Grande do Sul é ao redor de 2530%. Para atingir maiores níveis de utilização, o setor da Construção Civil mostra-se promissor, dentro do cenário sul-brasileiro. Há no Rio Grande do Sul cerca de 1.500 olarias que atendem, conforme dados levantados em 1993 pela Secretaria de Administração do Estado, a apenas 50-60% da demanda de tijolos consumidos no estado. O restante é importado do estado de Santa Catarina. Se os tijolos importados de Santa Catarina fossem substituídos pelos tijolos CIPECAL, cerca de 500.000 t de cinzas de carvão poderiam ser consumidas no Rio Grande do Sul. A produção de tijolos de barro vem apresentando, por outro lado, cada vez maiores desvantagens, destacando-se o uso intensivo de solo, que leva algumas centenas de anos para formar cerca de 1 cm de camada. No Brasil, a CIENTEC, por intermédio do Projeto CIPECAL, desenvolveu diferentes processos tecnológicos para a fabricação de tijolos prensados de cinza, envolvendo diferentes condições de cura. Cada processo tem seus méritos e desvantagens. A escolha da técnica de fabricação é muito importante para tornar a tecnologia economicamente viável. 236

O assunto é ainda discutível, se as técnicas de cura por tratamento hidrotérmico ou em meio ambiente devem ou não ser adotadas para tornar economicamente viável o processo de fabricação de tijolos de cinza-cal. Diferentes aspectos devem ser levados em consideração para definir a viabilidade econômica de instalação de uma planta, tais como escala de produção, qualidade de produção final, preço da cal, localização do empreendimento e custos dos tijolos convencionais na região. No Rio Grande do Sul, apesar das atividades desenvolvidas pela CIENTEC, na prática os resultados não foram muito significativos. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Há uma série de barreiras no caminho para uma larga utilização: - atuação muito isolada da CIENTEC; - o despreparo e o desinteresse das usinas para um adequado fornecimento das cinzas; - falta de estudos econômicos confiáveis, que mostrem que efetivamente a alternativa com cinza é economicamente viável; - falta de uma coordenação direta e interação entre as manufaturas dos produtos, baseados na cinza, e as fontes geradoras de resíduos; - falta de uma ligação entre as usinas geradoras de cinzas, a pesquisa e as indústrias; e - falta de uma legislação incentivadora no consumo de resíduos industriais: subsídios e taxas de concessão. Apesar de todas essas dificuldades apontadas, a partir do desenvolvimento do produto e processo CIPECAL, algumas experiências utilizando a referida tecnologia puderam ser realizadas. As primeiras foram dentro das dependências da CIENTEC (Foto 4).

Foto 4 – Construção de paredes de vedação com tijolos CIPECAL

São obras que já existem há cerca de oito anos, expostas ao meio ambiente, sem sinais de degradação. No ano de 2000 foi assinado um contrato com o Departamento Municipal de Habitação (DEMHAB), da Prefeitura de Porto Alegre, visando à construção de um protótipo com os blocos CIPECAL em uma vila popular. Todos os blocos necessáDesenvolvimento de blocos e tijolos a partir de cinzas de fundo de carvão - CIPECAL

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rios para a construção do protótipo foram produzidos na CIENTEC com a tecnologia desenvolvida dentro do projeto CIPECAL. O projeto do protótipo foi elaborado por técnicos da CIENTEC, e sua construção ficou a cargo do DEMHAB. O comportamento do protótipo e a avaliação econômica estão sendo verificados por técnicos da CIENTEC, desde as fases construtiva e de ocupação, pelo período de um ano. No ano de 2001 foi assinado um contrato de transferência de tecnologia com a empresa V. L. Lersch e Cia. Ltda., de Santa Cruz. A referida empresa está instalada no município de Charqueadas, junto a uma usina geradora de cinzas de carvão. Terá, inicialmente, uma capacidade de produção de 15.000 blocos/dia.

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Referências bibliográficas MANZ, O. E. Wordwide Production of Coal Ash and Utilization in Concrete and Other products. In: 1995 INTERNATIONAL ASH UTILIZATIONS SYMPOSIUM, Lexington, Nov. 1995. Anais... Lexington, University of Kentucky Center for Applied Energy Research and the Journal FUEL. 1 v. 5 p. CHIES, F.; ZWONOK, O.; SILVA, N. I. W.; CALARGE, L. M. Desenvolvimento de blocos e tijolos a partir de cinzas de fundo e cal hidratada: Projeto CIPECAL. Relatório Final. Porto Alegre, CIENTEC, jun. 1999. 199 p. UFRGS. Tijolos de cinza de carvão. Caminhos para o Desenvolvimento (Secretaria do Desenvolvimento de Assuntos Internacionais, Secretaria da Agricultura e Abastecimento, Secretaria de Coordenação e Planejamento), 1997. 59 p. ZWONOK, O.; CHIES, F.; SILVA, N. I. W. Identificação dos usos possíveis (estado da arte) para as cinzas de carvão mineral de termelétricas brasileiras. Relatório Técnico. Porto Alegre, CIENTEC, 1996. 88 p. (ELETROBRAS - Contrato: ECE-818/96)

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Desenvolvimento de blocos e tijolos a partir de cinzas de fundo de carvão - CIPECAL


Luiz R. Prudêncio Jr. é engenheiro civil pela Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC (1981). Mestre em Engenharia Civil (1986) pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRGS. Doutor pela Universidade de São Paulo - USP (1993), realizando parte de seu trabalho experimental no Institute for Reseach in Construction - NRC, Ottawa, Canadá. Em 2001 obteve seu pós-doutorado na Inglaterra, na Loughborough University. Iniciou sua atividade didática na UFSC em 1982, sendo atualmente professor titular. Atua na área de Materiais e Componentes de Construção. Tem diversos artigos publicados em periódicos nacionais e internacionais e em congressos nacionais e internacionais, no contexto de sua área de atuação. É pesquisadorbolsista nível 2B do CNPq. E-mail: prudenciouk@hotmail.com

8.

Sílvia Santos é engenheira civil pela Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC (1994). Mestre em Engenharia Civil pela UFSC (1997). Atuou profissionalmente na Eliane Revestimentos Cerâmicos, Concrebras Engenharia de Concreto, Concreton Serviços de Concretagem e Betonbras Concreto. É professora da Universidade do Vale do Itajaí - UNIVALI desde 2000. Atua nas seguintes áreas: Materiais de Construção e Ensaios Não Destrutivos. E-mail: silvia@cttmar.univali.br

240

Dario de Araújo Dafico é engenheiro civil pela Universidade Federal de Goiás - UFG (1985), e especialista em Administração de Empresas pela Universidade Católica de Goiás - UCG (1993). É mestre em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC (1997) e doutor em Engenharia Mecânica pela UFSC (2001). Atuou profissionalmente na Dafico Engenharia Ltda., Torre Forte Construtora e Incorporadora, e no Instituto Euvaldo Lodi de Goiás - IEL/GO. É professor da Universidade Católica de Goiás - UCG desde 1994. E-mail: dariodafico@ucg.br

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8.

Cinza da casca de arroz

Luiz Roberto Prudêncio Junior, Sílvia Santos e Dario de Araújo Dafico

1 Introdução

A

crise energética mundial tem estimulado a humanidade a buscar fontes

alternativas de energia renovável. Entre elas, tem aumentado bastante o uso de combustíveis de origem vegetal, muitos deles resíduos agrícolas,

tais como a casca de arroz. Devido à intensa produção deste cereal em todo o mundo – estimam-se 100 milhões de toneladas por ano –, o volume de casca resultante é extremamente elevado (MALHOTRA; MEHTA, 1996). A queima da casca de arroz produz uma quantidade significativa de cinzas. A Tabela 1 mostra que nenhum outro resíduo da agricultura produz tanta quantidade de cinza quando queimado.

241

Tabela 1 – Quantidade de cinza gerada por resíduo agrícola

Cinza da casca de arroz


Grande parte dessas cinzas apresenta características pozolânicas, ou seja, isoladamente, as cinzas não têm valor aglomerante, mas, quando finamente moídas e em presença de água, reagem com o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) e formam compostos cimentantes. Em muitos dos países produtores de arroz, o volume de cinza produzido é bastante grande e apenas a indústria cimenteira poderia consumir tal quantidade de resíduo. A produção mundial de arroz em casca no ano de 2001 foi de 585,7 milhões de toneladas, sendo a maior produtora mundial a China, seguida pela Índia, Indonésia e Bangladesh (WORLD RICE PRODUCTION, 2002). O Brasil, com uma produção de 10,5 milhões de toneladas, ocupava o décimo lugar na lista dos produtores mundiais. O estado-líder na produção foi o Rio Grande do Sul, responsável por 51,61% da referida safra, e Santa Catarina ocupou o terceiro lugar, com 8,77% da produção nacional (IBGE, 2002). Como a cinza representa aproximadamente 4% em peso do arroz em casca, resultam os valores da Tabela 2 para a disponibilidade anual de cinza de casca de arroz.

Tabela 2 – Disponibilidade de cinza: safra 2001

242

Cabe ressaltar que 87,77% da produção de arroz nacional está concentrada em apenas 10 estados e que um terço desta produção é beneficiada somente em cidades de médio porte ou grandes centros urbanos. Atualmente, são ainda as empresas beneficiadoras de arroz as principais consumidoras da casca como combustível para a secagem e parboilização do cereal. Como se trata, geralmente, de empresas de pequeno porte, não possuem processos para aproveitamento e descarte adequados das cinzas produzidas, que são geralmente depositadas em terrenos baldios ou lançadas em cursos d’água, ocasionando poluição e contaminação de mananciais. Para minimizar o problema, órgãos ambientais Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


têm buscado regulamentar o descarte dessas cinzas. No estado de Santa Catarina, por exemplo, a Fundação de Amparo e Tecnologia do Meio Ambiente (FATMA) exige a instalação de um sistema constituído de silo separador e decantação para reter a cinza junto às beneficiadoras, evitando, dessa forma, que esta seja lançada no meio ambiente. Como não há emprego para a cinza recolhida, esse material estocado acaba sendo lançado de forma clandestina no meio ambiente, muitas vezes ao longo de estradas vicinais (Figura 1). Diante disso, o não-aproveitamento desse material não pode mais ser aceito pela sociedade. Assim, muitos trabalhos vêm sendo desenvolvidos com o intuito de utilizar esse produto em diversos setores industriais e, de maneira especial, na indústria da Construção Civil. Em trabalho publicado em 1972, Huston faz uma listagem de 262 referências bibliográficas sobre as possibilidades de emprego da cinza de casca de arroz. No Brasil, merecem destaque os trabalhos sobre cinza de casca de arroz desenvolvidos por Cincotto (1988), Guedert (1989), Farias e Recena (1990), Isaia (1995), Silveira (1996), Santos (1997), Gava (1999), Dafico (2001) e Weber (2001).

Figura 1 – Depósito de cinzas de casca de arroz ao longo de estradas vicinais Fonte: Santos, 1997

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2 Características gerais das cinzas de casca de arroz A casca de arroz é uma capa lenhosa do grão, dura, com alto teor de sílica, composta de aproximadamente 50% de celulose, 30% de lignina e 20% de sílica de base anidra (MEHTA, 1992). Quando queimada, a lignina e a celulose podem ser removidas, resultando uma estrutura celular e porosa, de acordo com a Figura 2. Cinza da casca de arroz


Figura 2 – Micrografia eletrônica de varredura da cinza de casca de arroz queimada a 560 ºC Fonte: Silveira e Ruaro, 1995

Queimada parcialmente, a casca de arroz gera uma cinza com certo teor de carbono e, por isso, possui cor preta. Quando inteiramente queimada, resulta numa cinza de cor acinzentada, branca ou púrpura, dependendo das impurezas presentes e das condições de queima. Para Boateng e Skeete (1990), temperatura elevada e longo tempo de exposição geram cinzas branco-rosadas, o que indica a presença de sílica nas suas formas cristalinas: cristobalita e tridimita.

244

A utilização da cinza de casca de arroz (CCA) como material pozolânico vem sendo intensamente investigada desde a década de 70, principalmente na Índia e nos EUA, mas só a partir da década de 80, com o desenvolvimento da tecnologia do concreto de alto desempenho, a preocupação em se obter um máximo de pozolanicidade do material se tornou premente. Metha (1992) foi provavelmente o pesquisador que mais publicou artigos sobre a utilização da CCA no concreto. Vários outros pesquisadores citados pelo autor também relatam experiências de queima da casca de arroz, e quase todos concluem que ela deve ser queimada em temperaturas baixas, entre 500 e 800 oC, dependendo do pesquisador, para que a cinza resultante tenha boa atividade pozolânica. Segundo esses relatos, a queima em temperaturas mais elevadas causa a cristalização das cinzas e, conseqüentemente, a diminuição da sua reatividade. Estudos experimentais realizados na Universidade da Califórnia mostram que, quando a temperatura de queima da casca de arroz é baixa e o tempo de exposição a alta temperatura é pequeno, a sílica contida na cinza é amorfa. A cinza nessas condições apresenta alta porosidade interna e área específica de 50 a 110 m2/g quando Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


medida por adsorsão de nitrogênio (MEHTA, 1992). Essas cinzas apresentam boa atividade pozolânica, sendo consideradas um excelente material para uso como adição em cimento Portland. No Brasil, a grande maioria dos trabalhos sobre o uso de cinzas de casca de arroz como material pozolânico foi realizada com cinzas residuais oriundas da queima da casca em beneficiadoras do cereal. Em alguns casos, quando as beneficiadoras possuíam queimadores de leito fluidizado, a temperatura de queima era controlada para evitar a formação de sílica cristalina. Nos demais, os estudos foram realizados com cinzas obtidas de queimas sem um controle efetivo do tempo e da temperatura de queima. De um modo geral, os resultados obtidos nas pesquisas brasileiras concluíram que a cinza de casca de arroz é uma excelente pozolana, com desempenho comparável ao da sílica ativa (resíduo da fabricação do ferro-silício e/ou do silício metálico). Uma constatação importante e, até certo ponto, surpreendente dos trabalhos nacionais é que esse desempenho foi satisfatório mesmo para cinzas que exibiam picos cristalinos nos ensaios de difração de raios X, contrariando a opinião de muitos especialistas internacionais. Esse fato pode ser observado no trabalho de Santos (1997), Figura 3, onde foram comparadas as resistências de argamassas com mesma relação água/aglomerante e mesmos teores de substituição do cimento (15%) por distintas pozolanas: cinza de casca de arroz residual (F, G, P e R) obtida em leito fluidizado com controle de temperatura de queima (LF), cinza volante (CV) e sílica ativa (SA).

245

Figura 3 – Evolução de resistência de argamassas (15% de CCA) – F= Queima em leito fluidizado sem controle de temperatura; G = Queima em grelha, extração a seco; P = Queima em grelha, auxílio de ar comprimido; R = Queima em grelha, extração úmida Fonte: Santos, 1997

Cinza da casca de arroz


Nota-se que duas das cinzas residuais obtidas por queimas não devidamente controladas apresentaram desempenhos similares aos da sílica ativa, que é reconhecidamente uma pozolana de alta qualidade. Ao se compararem os perfis de difração dessas duas cinzas (Figuras 4 e 5), observa-se que a cinza de casca de arroz de melhor desempenho aos 90 dias possuía vários picos pela presença de cristais de sílica. O bom desempenho apresentado pode ser justificado pela elevada área específica que possui a sílica presente nas cinzas de casca de arroz e pelo efeito filler gerado pela presença de carbono não combusto, que é um material extremamente fino. É justamente a presença desse carbono que faz com que os valores medidos de área específica para amostras de cinzas de casca de arroz não tenham uma correspondência direta com sua reatividade. Dessa forma, sua determinação é muitas vezes não realizada, como no caso da pesquisa citada.

Figura 4 – Difratograma de raios X : cinza da indústria F

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Figura 5 – Difratograma de raios X: cinza da indústria P – C = cristobalita; Q = quartzo

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Os trabalhos nacionais anteriormente citados também constataram que o grau de moagem da cinza de casca de arroz influencia significativamente o seu desempenho, medido pelo índice de atividade pozolânica (Figura 6). Nota-se que, a partir de uma certa finura, o índice tende a cair, fato este que, provavelmente, é conseqüência da dificuldade de dispersar partículas muito finas na argamassa.

Figura 6 – Variação do IAP com o tempo de moagem Fonte: Santos, 1997

A Figura 7 mostra a diminuição do tamanho de grão em função do tempo de moagem.

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Figura 7 – Micrografia da CCA: (a) 15 minutos de moagem; (b) 20 horas de moagem Fonte: Santos, 1997

Outra constatação importante deste estudo foi a diminuição da demanda de água das argamassas com o aumento do grau de moagem, atribuída à destruição progressiva da estrutura esponjosa da cinza (Figura 8). Cinza da casca de arroz


Figura 8 – Demanda de água no ensaio de pozolanicidade Fonte: Santos, 1997

Quanto à resistência à compressão obtida nas argamassas com diferentes teores de CCA, observou-se ser de 15% o teor ótimo de substituição para um máximo de resistência aos 28 dias, e 40% o teor de substituição para uma resistência equivalente àquela apresentada pela argamassa sem cinza, que foi de 37,68 MPa (Figura 9). Neste estudo, a argamassa de referência possuía um traço de 1:3:0,52 (cimento: areia: água) em massa. As substituições do cimento foram feitas em volume e o traço ajustado para manter-se a mesma relação entre água e aglomerante em volume sem alteração da consistência (flow de 220±10mm).

Figura 9 – Resistência das argamassas contendo diferentes teores de CCA Fonte: Santos, 1997

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3 Pesquisas recentes com CCA A despeito de ser este um assunto relativamente antigo e dos resultados de pesquisas mostrarem o excelente potencial como pozolanas, as cinzas resultantes da queima da casca de arroz não têm sido muito utilizadas para produção de concreto tanto no Brasil quanto no exterior. Isso pode ser atribuído ao fato de que as cinzas de boa atividade pozolânica geralmente possuem teores elevados de carbono (acima de 5%), produzindo uma coloração cinza-escura no concreto, pouco aceita no mercado Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


consumidor. Além disso, a presença desse tipo de cinza faz com que as argamassas e concretos com ela produzidos possuam uma coesão excessiva (aspecto “pegajoso”), como pode ser visto na Figura 10.

Figura 10 – Aspecto do concreto fresco confeccionado com cinza de casca de arroz com alto teor de carbono Fonte: Santos, 1997

Por isso, os trabalhos mais recentes sobre o assunto (DAFICO, 2001; WEBER, 2001; SANTOS, 2003) têm se concentrado na busca de cinzas de baixo teor de carbono que apresentem elevados desempenhos como pozolanas. Dafico (2001) realizou algumas tentativas de queima da casca de arroz em leito fixo, com o objetivo de produzir cinzas de casca de arroz com baixos teores de carbono (cinzas brancas) ou de reduzir os teores de carbono de cinzas já existentes, obtendo cinzas com médios teores de carbono (material de cor cinza). A opção por uma fornalha com leito fixo intermitente deveu-se pela disponibilidade de uma fornalha protótipo na UFSC, que fora construída e utilizada em diversos outros experimentos de queima de casca de arroz. A fornalha foi feita em chapas de aço, isolada termicamente do meio externo por meio de tijolos refratários e construída originalmente com duas câmaras separadas por uma parede de chapa de aço. A Figura 11 mostra uma fotografia da fornalha de leito fixo para queima intermitente usada para os experimentos. 249

Figura 11 – Fornalha de leito fixo, usada para queima de casca de arroz Fonte: Dafico, 2001

Cinza da casca de arroz


Uma vez que o fator limitante para se conseguirem cinzas brancas está na taxa de aquecimento do material (TUTSEK; BARTHA, 1977; SUGITA, 1994), o experimento de Dafico realizava a queima da casca de arroz em duas etapas: na primeira etapa, o ar era injetado no material de cima pra baixo e a ignição era feita por baixo do leito de casca de arroz. Com o aquecimento do fundo do leito, tinha início a produção e a volatilização de compostos de fácil combustão. Uma vez aquecidos, e encontrando o ar rico em oxigênio vindo de cima, queimavam e geravam calor suficiente para pirolizar e volatizar mais compostos combustíveis na região imediatamente acima da anterior, e assim por diante. Essa frente caminhava para cima, deixando para trás cinzas com muito pouco carbono fixo. A Figura 12 explica esquematicamente a primeira etapa de queima, também chamada de pirólise.

Figura 12 – Primeira etapa de queima da casca de arroz em leito fixo Fonte: Dafico, 2001

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Figura 13 – Segunda etapa de queima da casca de arroz em leito fixo Fonte: Dafico, 2001

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Na segunda etapa de queima, como os voláteis já tinham sido consumidos, o oxigênio do ar era consumido pelo carbono fixo, aparecendo, então, uma nova frente de combustão, de cima para baixo, que deixava para trás cinzas puras, sem mais carbono a ser queimado. A Figura 13 traz um esquema da segunda etapa de queima. Para possibilitar uma queima mais rápida e também para limitar a temperatura de queima, além do ar vindo de cima, foram instalados tubos de injeção de ar, para que, logo após a passagem da frente de combustão de voláteis, a combustão do carbono fixo fosse iniciada. A Figura 14 mostra um corte de uma das câmaras da fornalha indicando a localização dos tubos injetores de ar e dos termopares, instalados para o controle da temperatura, limitada a 700 ºC para evitar a cristalização do material.

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Figura 14 – Corte vertical da câmara de combustão da fornalha: I, II, III e IV – tubos injetores de ar; 1, 2, 3, 4 e 5 - termopares Fonte: Dafico, 2001

Cinza da casca de arroz


A Figura 15 mostra os perfis de temperatura registrados pelos termopares ao longo da queima da casca crua.

Figura 15 – Temperaturas medidas pelos termopares Fonte: Dafico, 2001

Na região central da fornalha, as cinzas resultantes apresentavam cor branca (CCA/BT), porém, junto às paredes da fornalha (faixa em torno de 2 cm), a cinza resultante teve cor preta, o que foi atribuído ao fato de que as chapas de aço podiam conduzir calor por outros caminhos, havendo um resfriamento da região. O mesmo ocorreu quando da requeima da cinza de casca de arroz obtida pela queima da casca em leito fluidizado (CCA/AT), misturada com a casca crua (CCA/MT), ficando estas, ao final do processo, de cor cinza-clara ao centro e preta junto à parede da fornalha. Ao comparar a reatividade química das diferentes cinzas de casca de arroz (CCA/BT, CCA/MT, CCA/AT) com a reatividade química sílica ativa e cinza volante, utilizadas como padrões de referência, foi possível observar que: 252

- as cinzas de casca de arroz apresentaram maior reatividade que as outras pozolanas estudadas; - a reatividade química das cinzas aumentava com a diminuição do teor de carbono nelas presentes; e - o material obtido poderia ser utilizado com vistas à produção de concretos e argamassas, à base de cimento Portland. A partir daí, Weber (2001) desenvolveu um forno piloto, com leito fixo, intermitente, com capacidade para 1 m3 de material, na tentativa de produzir a cinza de Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


casca de arroz com baixo teor de carbono em escala comercial. Novamente após várias tentativas e diferentes proporções de casca/cinza, foi possível obter uma cinza que apresentou boas propriedades pozolânicas. A Figura 16 mostra o forno piloto.

Figura 16 – Vista geral do forno piloto Fonte: Weber, 2001

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Porém, mesmo com as adaptações sugeridas por Dafico (2001), como melhor distribuição do ar no interior do forno e utilização de paredes mais bem isoladas, o material produzido apresentou-se muito heterogêneo devido à dificuldade de aeração do material, essencial para uma boa queima. O controle de temperatura, feito por meio de termopares instalados no interior do forno, mostrou variações bruscas, mesmo a pequenas distâncias, como pode ser observado na Figura 17. Cinza da casca de arroz


Figura 17 – Variação de temperatura no interior do forno piloto, para uma mistura de 50% de casca crua e 50% de cinza de cor preta Fonte: Weber, 2001

O material resultante da queima mostrava-se bem claro próximo às saídas do ar e, a poucos centímetros destas, a cinza resultante da queima da mistura entre CCA/AT e casca de arroz, continuava de cor preta. Logicamente, com a moagem do material, feita após sua saída do forno, misturando-se esse material de cor heterogênea, obtinha-se um material de cor cinza-clara que, ao ser misturado com cimento, não alterava a cor do concreto (ou argamassa) com ele produzido. Para que esse forno piloto pudesse, então, produzir um material homogêneo, havia necessidade de mudanças na distribuição do ar em seu interior, além de algumas outras reformas necessárias para seu melhor funcionamento. Assim, surgiu a idéia do desenvolvimento de um forno rotativo (SANTOS, a publicar), semelhante àqueles utilizados para a produção do cimento Portland, capaz de colocar todo o material a ser queimado em contato com o ar e, dessa forma, produzir uma cinza homogênea, com baixo teor de carbono. As Figuras 18 e 19 mostram um esquema do forno rotativo idealizado. 254

Figura 18 – Croqui do forno rotativo idealizado

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Figura 19 – Desenho esquemático do forno rotativo idealizado

Com o desenvolvimento desse forno, está sendo pesquisada uma metodologia de reciclagem mais eficaz e apropriada para ser utilizada em unidades industriais, a partir de uma parceria da Universidade Federal de Santa Catarina com uma empresa privada, a Rischbieter – Engenharia Indústria e Comércio Ltda., da cidade de Gaspar, SC. Nesta parceria está sendo utilizado um sistema industrial desenvolvido pela empresa, com forno rotativo contínuo, construído em aço 316, capaz de produzir, seja a partir da queima da casca ou da requeima da cinza, uma cinza de casca de arroz com baixo teor de carbono (CCA/BT). Para viabilizar a produção comercial da CCA com baixo teor de carbono, está sendo realizado o monitoramento das temperaturas de queima do material bem como dos tempos de permanência desse material no interior do forno. Também está sendo dado um tratamento prévio da cinza, antes da requeima, para otimização do processo de redução do teor de carbono. O material será avaliado quanto ao seu desempenho como material pozolânico não apenas do ponto de vista da resistência mecânica, mas, sobretudo, quanto à durabilidade dos concretos com ele produzidos. Igualmente, será investigada sua compatibilidade com aditivos redutores de água (superplastificantes), visando à sua utilização em concretos de alto desempenho. Para os estudos preliminares desenvolvidos na Rischbieter – Engenharia Indústria e Comércio Ltda., foi estabelecida uma única fonte produtora de cinza de casca de arroz (CCA/AT), a Beneficiadora de Arroz Urbano Ltda., da cidade de Rio do Sul, SC, por ser uma cinza produzida com um processo controlado de temperatura (700 ºC). A Figura 20 apresenta o difratograma de raios X dessa cinza. Para determinar qual a melhor temperatura para a requeima da cinza de casca de arroz bem como o melhor tempo de retenção desta cinza no forno, a fim de se Cinza da casca de arroz

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obter um produto final com baixo teor de carbono (cor clara), foi estabelecido um programa de queima a ser seguido pela Rischbieter – Engenharia Indústria e Comércio Ltda. A Tabela 3 apresenta esse programa.

Figura 20 – Difratograma de raios X da cinza de casca de arroz bruta

Tabela 3 – Programa de queima da cinza de casca de arroz

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Inicialmente, com cada uma das cinzas geradas, num total de 48, serão produzidas argamassas para estabelecer seu potencial pozolânico e sua compatibilidade com aditivos redutores de água, com vistas à produção de concreto de alto desempenho. Para tanto foi estabelecido um traço inicial do concreto e, na argamassa do traço, serão realizados os primeiros estudos, segundo procedimentos recomendados por Gava (1999) e pela NBR 5752:1992. Foram fixadas a relação água/cimento e a consistência flow table, respectivamente, em 0,3 e (23,5 ± 1,5) cm, para a produção das argamassas. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


A substituição de cimento pela cinza de casca de arroz com baixo teor de carbono será feita em volume absoluto de cimento, num teor de 15%, conforme Santos (1997), e a consistência fixada será alcançada com uso de aditivos superplastificantes de três bases químicas diferentes: naftaleno sulfonado, melamina, policarboxilato, a fim de se avaliar o comportamento das cinzas mediante o uso desses produtos. Para avaliação de desempenho, serão produzidas, nas mesmas condições, argamassas sem a adição de cinza de casca de arroz (chamadas de referência) e argamassas com adição de sílica ativa, pozolana atualmente mais utilizada para a produção de concreto de alto desempenho. Até o presente momento foram produzidas pela Rischbieter – Engenharia Indústria e Comércio Ltda. as cinzas com baixo teor de carbono com uma hora de moagem, às temperaturas de 800, 700 e 600 ºC, nos quatro tempos de retenção no forno previamente estabelecidos. Para a temperatura de 500 ºC, foi produzida apenas a cinza com 80 minutos de retenção. Nos ensaios de difração de raios X realizados para as cinzas já produzidas (Figura 21), observa-se claramente que a intensidade dos picos cristalinos aumenta com a temperatura de requeima, para o mesmo tempo de exposição (1 hora), o que já era esperado. Entretanto, precisa-se confirmar se este aumento de cristalinidade realmente influencia significativamente na atividade pozolânica da cinza.

257

Figura 21 – Difração de raios X da CCA/BT, produzida em diferentes temperaturas

Cinza da casca de arroz


Embora ainda não se tenham os resultados de índice de atividade pozolânica de nenhum dos materiais, a produç��o das argamassas revelou que não há, no estado fresco, nenhuma incompatibilidade entre a cinza de casca de arroz com baixo teor de carbono e os diferentes aditivos utilizados. Também foi possível observar que o consumo de aditivos para a consistência estabelecida não se alterou com a variação do tempo de retenção no forno e temperatura de queima para o mesmo tempo de moagem (uma hora). Além disso, para todos os casos, o consumo de aditivo ficou abaixo do limite mínimo preconizado pelo fabricante. O estudo servirá para indicar quais as melhores condições para produção da CCA/BT pela empresa (temperatura de queima, tempo de permanência no forno e superfície específica). Identificadas essas condições, a CCA/BT será produzida nas condições ótimas indicadas e com ela será realizado o estudo em concreto. Além das propriedades mecânicas, os concretos serão avaliados quanto aos aspectos relativos à durabilidade, uma vez que estudos recentes têm mostrado a possibilidade de ocorrência de patologias com o emprego de cinza de casca de arroz como adição aos concretos de cimento Portland (SILVEIRA, 2002). Cabe salientar, ainda, que os problemas relatados ocorreram mesmo quando do uso de cinzas totalmente amorfas, produzidas no exterior, sob condições de queima controladas.

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Referências bibliográficas

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ISAIA, G. C. Efeito de misturas binárias e ternárias de pozolanas em concreto de elevado desempenho: um estudo da durabilidade com vistas à corrosão da armadura. 1995. Tese (Doutorado) - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 1995. MEHTA, P. K. Rice Husk Ash: A Unique Supplementary Cementing Material. Advances in Concrete Technology, Ottawa: Canmet, p. 407-431, 1992. SANTOS, S. Estudo da viabilidade de utilização de cinza de casca de arroz residual em argamassas e concretos. 1997. 113 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 1997. SANTOS, S. Otimização da produção comercial de cinza de casca de arroz com baixo teor de carbono. Exame de qualificação - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, a publicar (2003). SILVEIRA, A. A. A utilização da cinza de casca de arroz com vistas a durabilidade de concretos: estudo do ataque por sulfatos. 1996. 139 f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 1996. SILVEIRA, A. A.; RUARO, P. A adição de cinza de casca de arroz em concretos: Estudo da influência do tipo de cinza na resistência à compressão e na microestrutura do concreto. Seminário da Disciplina de Novos Materiais. Curso de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 1995. 260

SILVEIRA, A. A. O efeito da incorporação de cinza de casca de arroz em concretos submetidos à reação álcali-agregado. 2001. 102 f. Proposta (Tese) Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2001. SUGITA, S.; SHOYA, M.; TOKUDA, H. Evaluation of Pozzolanic Activity of Rice Husk Ash. In: MALHOTRA, V. M. (Ed.). International Conference on the Use of Fly Ash, Silica Fume, Slag and Natural Pozzolans in Concrete, 4th, Istanbul: ACI. Proceedings…, 2v., v. 1, p. 495-512 (SP132), 1993. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


SUGITA, S.; HOHKOHNO, A.; NIIDA, O.; SHI, H.; KEN, A. Method of Producing Active Rice Husk Ash. United States Patent. Patent Number: 5,329,867, 1994. TUTSEK, A.; BARTHA, P. Method of Producing Low-Carbon White Husk Ash. United States Patent. Patent Number: 4,049,464, 1977. WORLD RICE PRODUCTION – Prospects Fall. Disponível em: <www.fas.usda.gov>. Acesso em: 12 maio 2003.

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Cinza da casca de arroz


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9. Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


9.

Projetos HABITARE/FINEP, equipes e currículos dos participantes

9.1 Editores

J

anaíde Cavalcante Rocha é engenheira civil pela Universidade Federal de

Goiás – UFGO (1988). É mestre em Ciências e Técnicas Ambientais pela École Nationale des Ponts et Chaussées – ENPC (1991), em Paris, França. Doutora em Engenharia Civil pelo Institut National des Sciences Apliquées – INSA de

Lyon, na França (1995). No período de 1997 a 2003, esteve em diversas missões no URGC – Matériaux INSA de Lyon, como cooperação de pesquisa CAPES-Coffecub. É professora da Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, onde atua na graduação e pós-graduação, na área de Materiais e Processos Construtivos. Coordena o Laboratório ValoRes (Valorização de Resíduos na Construção Civil e Desenvolvimento de Materiais) do Núcleo de Pesquisa em Construção – NPC. Tem diversos artigos publicados em periódicos nacionais e internacionais e em congressos nacionais e internacionais, e publicação de livro na área de Reaproveitamento de Resíduos. E-mail: janaide@npc.ufsc.br

V

anderley M. John é engenheiro civil pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS (1982). Mestre em Engenharia Civil (1987) pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS. É doutor em

Engenharia (1995) e livre-docente (2000) pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – USP. Fez pós-doutorado no Royal Institute of Technology na Suécia Projeto HABITARE/FINEP, equipes e currículos dos participantes

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(2000-2001). É professor associado do Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica da USP. Diretor do CB 02 da ABNT desde 1995, representa esta organização no conselho técnico do PBQP-H. Participou diversas vezes da diretoria executiva da ANTAC, tendo sido seu presidente entre 1993 e 1995. Foi pesquisador do IPT no período de 1988 a 1995 e professor da UNISINOS (19861988). Atua nas áreas de Ciência de Materiais para Construção e Infra-estrutura, com ênfase em Reciclagem de Resíduos e Aspectos Ambientais. E-mail: john@poli.usp.br

9.2 Metodologia para desenvolvimento de reciclagem de resíduos (Projeto: Reciclagem de Resíduos como Material de Construção: Estado-da-arte e Banco de Informações) Instituição executora Universidade de São Paulo – USP Escola Politécnica Cidade Universitária 05508-900 – São Paulo – SP Tel.: (11) 3091-5794 Fax: (11) 3091-5544 E-mail de contato: vanderley.john@poli.usp.br Coordenação geral Vanderley M. John Equipe Técnica Ailton Dias dos Santos (Mestrado) 264

Alex Kenya Abiko (Prof. Dr.) Alexandre Machado (Mestrado) Andréia Romano (Iniciação Científica) Eduardo Toledo dos Santos (Prof. Dr.) Fabrício Mosqueira Gomes (Iniciação Científica) Fabiana Negrini Suarez (Iniciação Científica) Fabiana Rocha Cleto (Iniciação Científica) Henrique Kahn (Prof. Dr.) Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Juliana de Carvalho (Mestrado) Carina Ulsen (Iniciação Científica) Leonardo F. R. Miranda (Mestrado, doutorado) Maria Alba Cincotto (Prof. Dr.) Maurício Cruz Dainezzi (Iniciação Científica) Rogério de Ranieri (Mestrado) Sérgio C. Ângulo (Mestrado, Doutorado) Sérgio E. Zordan (Doutorado) Silvia Maria de Souza Selmo (Prof. Dr.) Vanderley M. John (Prof. Dr.) Currículo Vanderley M. John é engenheiro civil pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS (1982). Mestre em Engenharia Civil (1987) pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS. É doutor em Engenharia (1995) e livre-docente (2000) pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – USP. Fez pós-doutorado no Royal Institute of Technology na Suécia (2000-2001). É professor associado do Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica da USP. Diretor do CB 02 da ABNT desde 1995, representa esta organização no conselho técnico do PBQP-H. Participou diversas vezes da diretoria executiva da ANTAC, tendo sido seu presidente entre 1993 e 1995. Foi pesquisador do IPT no período de 1988 a 1995 e professor da UNISINOS (1986-1988). Atua nas áreas de Ciência de Materiais para Construção e Infra-estrutura, com ênfase em Reciclagem de Resíduos e Aspectos Ambientais. E-mail: john@poli.usp.br

9.3 Aproveitamento de resíduos na construção Instituição executora Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC Departamento de Engenharia Civil Núcleo de Pesquisa em Construção Civil – NPC Tel.: (48) 331-5169 E-mail: janaide@npc.ufsc.br Projeto HABITARE/FINEP, equipes e currículos dos participantes

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Coordenação geral Janaíde Cavalcante Rocha Currículo Janaíde Cavalcante Rocha é engenheira civil pela Universidade Federal de Goiás – UFGO (1988). É mestre em Ciências e Técnicas Ambientais pela École Nationale des Ponts et Chaussées – ENPC (1991), em Paris, França. Doutora em Engenharia Civil pelo Institut National des Sciences Apliquées – INSA de Lyon, na França (1995). No período de 1997 a 2003, esteve em diversas missões no URGC – Matériaux INSA de Lyon, como cooperação de pesquisa CAPES-Coffecub. É professora da Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, onde atua na graduação e pós-graduação, na área de Materiais e Processos Construtivos. Coordena o Laboratório ValoRes (Valorização de Resíduos na Construção Civil e Desenvolvimento de Materiais) do Núcleo de Pesquisa em Construção – NPC. Tem diversos artigos publicados em periódicos nacionais e internacionais e em congressos nacionais e internacionais, e publicação de livro na área de Reaproveitamento de Resíduos. E-mail: janaide@npc.ufsc.br

9.4 Sistemas de cobertura para construções de baixo custo: uso de fibras vegetais e de outros resíduos agroindustriais Instituição executora

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Universidade de São Paulo – USP Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos Av. Duque de Caxias Norte, 225 13630-000 – Pirassununga – SP Tel.: (19) 3565-4153 Fax: (19) 3561-1689 E-mail de contato: holmersj@usp.br Coordenação geral Holmer Savastano Jr. Equipe Técnica Holmer Savastano Jr. – Prof. Associado da USP Vahan Agopyan – Prof. Titular da USP Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Vanderley M. John – Prof. Associado da USP Pedro H. C. Luz – Prof. Dr. da USP Adriana Maria Nolasco – Profa. Dra. da USP Osny Pellegrino Ferreira – Prof. Dr. da USP Maria Alba Cincotto – Profa. Dra. da USP Robert S. P. Coutts – PhD – Assedo Peter G. Warden – Eng. Met. – CSIRO Lia Lorena Pimentel – MS – Unimep Aluízio Caldas – MS da USP Ione Mabe – Méd. Vet. da USP Reginaldo A. Devito – Aluno Graduação – AUPES Reginaldo A. Devito – Aluno Graduação – C. U. Moura Lacerda Lucimeire de Oliveira – Aluna Graduação – USP Samuel C. Medeiros Jr. – Aluno Graduação – AUPES Celso Y. Kawabata – Aluno Graduação – USP Denise de Souza Ablas – Aluna Graduação – USP Guilherme S. Vilhena – Aluno Graduação – USP Carlo A. Flores Gil – Aluno Graduação – Universidad de Lima Beatriz Cristiane Costa – Aluna Graduação – FEOB Rosimary Silva Neto – Aluna Graduação – AUPES Valdir A. Galiano – Aluno Graduação – AUPES Currículo Holmer Savastano Jr. é engenheiro civil pela Universidade de São Paulo – USP (1984). Obteve o título de mestre e doutor em Engenharia Civil também pela USP em 1987 e em 1992, respectivamente. Ainda na USP, em 2000, obteve a livredocência na Escola Politécnica. No período de 1998 a 1999, esteve em Melbourne, Austrália, no Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) para seu pós-doutorado. Como pesquisador visitante esteve em 2002/2003 na Princeton University, EUA, e, em 1996, na Universidad Central de Venezuela. Atualmente é professor associado e vice-diretor da Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos da USP. É orientador na Pós-Graduação da UNICAMP. Atua nas áreas de Materiais e Componentes de Construção, Construções Rurais e Ambiência. É pesquisador-bolsista nível 2C do CNPq. E-mail: holmersj@usp.br Projeto HABITARE/FINEP, equipes e currículos dos participantes

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9.5 Resíduos de contrafortes termoplásticos provenientes da indústria coureiro-calçadista (Projeto: Utilização de Resíduos da Indústria Coureiro-Calçadista no Desenvolvimento de um Novo Material para a Construção Civil) Instituição executora Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas Av. Unisinos, 950 Caixa Postal 275 93022-000 – São Leopoldo – RS Tel.: (51) 590-8245 Fax: (51) 590-8172 E-mail de contato: claudio@euler.unisinos.br Coordenação geral Claudio de Souza Kazmierczak Equipe técnica Professores da Unisinos

Claudio de Souza Kazmierczak – Doutor em Engenharia Heitor da Costa Silva – Arquiteto, Ph.D. Ivana Suely Soares dos Santos – Doutora em Engenharia Márcia Eloisa da Silva - Mestre em Microbiologia Marcus Vinícius V. Ramires – Doutor em Engenharia Bolsistas de Iniciação Científica

Alexsandra Luzia S. Kanitz Emília Bagesteiro Lomberto Silvestre Ricardo Dalpiaz Boff 268

Consultores

Marlon Kruger Compassi – Químico Andrea Parisi Kern – Mestre em Engenharia Representantes das empresas

Carmen Buffon – CTCCA Éverton Kupssinskü – ARTECOLA Sérgio Knorr Velho – BOXFLEX Wagner T. Publio Filho – BIDIM Evandro Daniel W. da Silva – CLASSIL Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Currículo Claudio de Souza Kazmierczak é engenheiro civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS. Obteve os títulos de mestre em Engenharia Civil (na área de Construção) pela UFRGS em 1990, e de doutor em Engenharia Civil pela Universidade de São Paulo, USP, em 1995. É professor titular da Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS, onde coordena o Laboratório de Materiais de Construção Civil. Atua nas áreas de Materiais e Componentes de Construção. Tem diversos artigos publicados em periódicos nacionais e em congressos nacionais e internacionais na área de Engenharia Civil. E-mail: claudio@euler.unisinos.br

9.6 Componentes habitacionais de argamassa celulósica e espuma de poliuretano Instituição executora Centro de Pesquisas e Desenvolvimento – CEPED Km 0 da BA-512 Caixa Postal 9 42800-000 – Camaçari – BA Tel.: (71) 379-3506/834-7300 Fax: (71) 832-2095 Coordenação geral Célia Maria Martins Neves Equipe técnica CEPED

Célia Maria Martins Neves – Mestre em Engenharia Carlos Alberto Abreu Aleixo – Engenheiro mecânico Consultores

Luciana Leone Maciel – Mestre em Engenharia Osvaldo Manoel dos Santos – Doutor em Microbiologia Alexandre T. Machado – Mestre em Engenharia Cleber Marcos Ribeiro Dias – Engenheiro civil Dionísio A. Caribé Azevedo – Arquiteto Currículo Célia Maria Martins Neves é engenheira civil pela Universidade de São Paulo - USP (1975). Obteve o título de mestre em Engenharia Ambiental Urbana na Projeto HABITARE/FINEP, equipes e currículos dos participantes

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Universidade Federal da Bahia – UFBA em 2000. Exerce atividades na ABNT como colaboradora desde 1985, em comissões de estudo sobre solo-cimento e de argamassas para revestimentos de paredes e tetos. É atualmente servidor público enquadrado como pesquisador IV no CEPED desempenhando atividades de pesquisa relacionadas à Construção Civil. Coordena o Projeto de Investigação PROTERRA do Programa de Ciência e Tecnologia para o Desenvolvimento – CYTED. Na área didática foi professora substituta na UFBA, no período de 1996 a 1998. É autora de vários livros e capítulos de livros na área da Construção Civil. E-mails: cneves@ceped.br; cneves@ufba.br; cneves@superig.com.br

9.7 Desenvolvimento de blocos e tijolos a partir de cinzas de fundo de carvão – CIPECAL Instituição executora Fundação de Ciência e Tecnologia – CIENTEC Departamento de Recursos Minerais Rua Washington Luiz, 675 – Cidade Baixa 90010-460 – Porto Alegre – RS Tel.: (51) 3287-2000/3287-2131 Fax: (51) 3226-0207 Coordenação geral Fradique Chies Equipe técnica Oleg Zwonok – Geólogo da UFRGS Neli I. W. Siva – Engenheira de Minas da UFRGS 270

Currículo Fradique Chies é engenheiro operacional em Mecânica e Produção pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (1978). Exerceu a função de laboratorista no Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem no período de 1971 a 1977. Foi técnico responsável na ENECON no período de 1980 a 1981. Atualmente é servidor público do CIENTEC, enquadrado como engenheiro, exercendo atividades de pesquisa nas áreas de Mecânica dos Solos, Materiais e Componentes de Construção e Cerâmica. Desempenha também atividades de coordenador substituto dos Laboratórios de Reciclagem e Cerâmica e Mecânica dos Solos. E-mail: fradique@cientec.rs.gov.br Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


9.8 Cinza da casca de arroz Instituição executora Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC Departamento de Engenharia Civil Núcleo de Pesquisa em Construção Civil – NPC Tel.: (48) 331-9272 E-mail: prudenciouk@hotmail.com Coordenação geral Luiz R. Prudêncio Jr. Equipe técnica Sílvia Santos - Engenheira Civil Dario de Araújo Dafico - Engenheiro Civil Currículos Luiz R. Prudêncio Jr. é engenheiro civil pela Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC (1981). Mestre em Engenharia Civil (1986) pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS. Doutor pela Universidade de São Paulo - USP (1993), realizando parte de seu trabalho experimental no Institute for Reseach in Construction - NRC, Ottawa, Canadá. Em 2001 obteve seu pós-doutorado na Inglaterra, na Loughborough University. Iniciou sua atividade didática na UFSC em 1982 sendo atualmente professor titular. Atua na área de Materiais e Componentes de Construção. Tem diversos artigos publicados em periódicos nacionais e internacionais e em congressos nacionais e internacionais, no contexto de sua área de atuação. É pesquisador-bolsista nível 2B do CNPq. E-mail: prudenciouk@hotmail.com

Projeto HABITARE/FINEP, equipes e currículos dos participantes

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Coletânea Habitare - vol. 4 - Utilização de Resíduos na Construção Habitacional


Editores Janaíde Cavalcante Rocha é engenheira civil pela Universidade Federal de Goiás – UFGO (1988). É mestre em Ciências e Técnicas Ambientais pela Ecole Nationale des Ponts et Chaussées – ENPC (1991), em Paris, França. Doutora em Engenharia Civil pelo Institut National des Sciences Apliquées – INSA de Lyon, na França (1995). No período de 1997 a 2003, esteve em diversas missões no URGC – Matériaux INSA de Lyon, como cooperação de pesquisa CAPESCoffecub. É professora da Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC. Coordena o Laboratório ValoRes (Valorização de Resíduos na Construção Civil e Desenvolvimento de Materiais) do Núcleo de Pesquisa em Construção – NPC. E-mail: janaide@npc.ufsc.br

Vanderley Moacyr John é engenheiro civil pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS (1982). Mestre em Engenharia Civil (1987) pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS. É doutor em Engenharia (1995) e livre-docente (2000) pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – USP. Fez pós-doutorado no Royal Institute of Technology na Suécia (2000-2001). É professor associado do Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica da USP. Diretor do CB 02 da ABNT desde 1995, representa esta organização no conselho técnico do PBQP-H. Foi pesquisador do IPT no período de 1988 a 1995 e professor da UNISINOS (1986-1988). Atua nas áreas de Ciência de Materiais para Construção e Infra-estrutura, com ênfase em Reciclagem de Resíduos e Aspectos Ambientais. E-mail: john@poli.usp.br


E

ste livro apresenta uma parte do que foi desenvolvido no âmbito do Programa de Tecnologia de Habitação (Habitare)

na área de Resíduos. Escritos pelos próprios pesquisadores, os

artigos relatam o desenvolvimento de quatro produtos inovadores que utilizam resíduos como matérias-primas. Sem desprezar a importância da redução de detritos durante a produção e até o pósconsumo, os trabalhos levam em conta que resíduos sempre serão gerados. A partir dessa premissa, trazem exemplos de como é possível reaproveitar estes materiais na construção civil. São trabalhos envolvendo resíduos importantes como cinzas pesadas, escória de aciaria, lodos de esgoto e resíduos de construção e demolição, entre outros. Aspecto fundamental é que os projetos apresentados não se limitam apenas a ensaios de caracterização de materiais, que foram regra por muito tempo. As pesquisas incorporam abordagens antes ignoradas pelos pesquisadores brasileiros, como aspectos ambientais, de desempenho de produto, durabilidade ao longo do tempo, interação com a indústria e sociais. Em sua essência, todos os estudos mostram que a problemática da geração de resíduos está sendo encarada com seriedade e consciência da necessidade de desenvolvimento de tecnologias eficientes e seguras para a reciclagem e seu reaproveitamento no campo da habitação.


Coletânea 4_Utilização de resíduos na construção habitacional